close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4345 kolomiec a. p. eroshenko g. p. kondrateva n. p ekspluataciya elektrooborudovaniya

код для вставкиСкачать
621.31
Э41
ЬЖГвГ'А
■ЬмМГ.
т!&'
ч
•</|тг
ж
*•#*I
щ
и -*• •<.
,
II
ШШШ
I
*
*
З
Ш
I^|4у.7
••л^л-;.:*“&;•}Л*:*л^а^У‘-г
д а
•«у.-тЛ*аи>ЧНк?ц
1яр•**??;>»’вТ.
Л|К5и?У4
4•
ЙЙ
ИРЙЙ
•-. ьт
«ЯIКьХ
УНО
ш ’у
" /Ш
I
I
Ё
|
к
Я
г
4
\У
Ан
и
| в»I .0 |Л М
'? / /,*.,г V, «V
У-гг^р/ 1*1/»; 1
1X61
У В И г К! I*1
рт
» шг ' ;•• *й?*№У§? -.. ЛИ& Ъ'"'1 Ш '!■
Ю РИ
**
в|
нп 4 {| (Г
^
ц и
1511 К Я я
СИ
’^ Е к
\2Л
\и 1*1
Й; 1^8
| ги^;/ У» Ь Йй
й*^в !к\ & ВII М 1п1
ЙНвигот&щ
шШР 4 Щ Щ РЩРИ
I
I
й
« 1 \^ Л 1 Х Ч ;0
6 & . 3
________ Л & 1 ___________ ™
УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Допущено Министерством сельского хозяйства Рос­
сийской Федерации в качестве учебника для студен­
тов высших учебных заведений, обучающихся по специ­
альности 311400 «Электрификация и автоматизация
сельского хозяйства»
Г
« г
*
0
‘ЫЛЫМИ
ИДУ
МОСКВА «КОЛОСС» 2008
ь э а м
: б ы . ъ и с о * г.в )
УДК 631.371:621.31(075.8)
ББК 40.71я 73
Э41
В
^
Ерошенко, А. П. Коломиец, Н. П. Кондратьева, Ю. А. Мел
ведько, М. А. Таранов
Редактор Г. В.Лихачева
йог!!
НТ Д01СГОр техн- наУк’ профессор Челябинского государствен
ного агроннженерного университета В. А. Бутооин
Э 41
Эксплуатация электрооборудования / Г. П. Ерошенко, А. П. Ком Т п п ^ г о ^ ° ВДЖ >еВа’ Ю А; МеДведько, М. А. Таранов. 2М8. —344 с.: ил. —(Учебники и учеб. пособия для
студентов высш. учеб. заведений)
15ВК 9 7 8 -5 -9 5 3 2 -0 5 2 6 -9
,„.„РаССМОТрены °б щие вопросы эксплуатации, технического обслуживя
Р®” 0"™ электрооборудования, используемого в сельско»
хозяйстве, а также теоретические основы эксплуатации технология ка
и
проектирование
энергети
службы
“дены примезадачи.
СЛорайгы
роа
.
ля студентов вузов п
[альн
автоматиза
атында
ция сельского хозяйства»
акаДвМИК
атындагы гылыми
..
|
К 1 Т А П Х А Ш № ’| е т Й . О
9 7 8 -5 -9 5 3 2 -0 5 2 6 -9
О Издательство «КолосС*, 2005
Продовольственная безопасность страны —главная
проблема, стоящая перед сельскохозяйственной отрас­
лью. Для ее разрешения необходимо поднять уровень
механизации и электрификации сельскохозяйственного
производства и обеспечить эффективную эксплуатацию
электрооборудования. Развитие электрификации и вне­
дрение новых энергосберегающих технологий возмож­
ны при условии эффективной работы электротехничес­
ких служб. Все это выдвигает на первый план в области
высшего профессионального образования необходи­
мость повышения качества подготовки агроинженеров.
Для этого в Государственном образовательном стандар­
те высшего профессионального образования (ГОС
ВПО) предусмотрена подготовка специалистов по конк­
ретному направлению деятельности. В числе первых
обозначена эксплутационная деятельность инженераэлектрика, который должен знать: роль эксплуатации в
организации эффективного использования электро­
энергии; основные положения теории эксплуатации
электрооборудования; принципы и способы построения
эффективных систем технического обслуживания и ре­
монта; основы управления производственным коллек­
тивом; передовые направления экономии энергоресур­
сов.
Цель учебника — выполнить требования ГОС ВПО
второго поколения к эксплуатационной подготовке инженеров-электриков на основе обобщения передового
опыта учебной работы ведущих сельскохозяйственных
вузов страны и достижений эксплуатационной науки.
Содержание учебника соответствует программе по
дисциплине «Эксплуатация электрооборудования», ут­
вержденной учебно-методическим объединением. По­
этому рассмотрены: общие вопросы эксплуатации элек­
трооборудования; теоретические основы эксплуатации
электрооборудования; эксплуатация отдельных видов
электрооборудования; технология капитального ремон­
та и электротехническая служба сельскохозяйственного
предприятия. Даны контрольные вопросы и задания по
темам.
Для подготовки высококвалифицированных инжене­
ров использован материал таких дисциплин, как «Тех­
нология ремонта электрооборудования», «Надежность
электрооборудования», «Проектирование энергетичес­
кой службы» и др.
В учебнике большое внимание уделено вопросам раз­
работки, развития и модернизации электротехнических
служб. Данный материал можно использовать при дип­
ломном проектировании по эксплуатационной тематике
по заявкам сельскохозяйственных предприятий.
Учебник имеет методическую направленность. Эго
поможет студентам овладеть навыками инженерной де­
ятельности.
Раздел I
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1.1. ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ
Электрооборудование — это совокупность электротехнических
изделий, при работе которых в соответствии с назначением произ­
водится, преобразуется, распределяется или потребляется элект­
рическая энергия (ГОСТ 8311—72).
Жизненный цикл электрооборудования состоит из трех перио­
дов — разработки, создания и эксплуатации.
Эксплуатация электрооборудования —это совокупность всех
фаз его существования после изготовления, включая транспорти­
ровку к месту применения, подготовку к использованию по назна­
чению, техническое обслуживание, ремонт и хранение.
Производственная эксплуатация —процесс использования обо­
рудования по своему назначению. В этом процессе участвует элект­
ротехнический персонал и персонал, обслуживающий технологи­
ческие объекты (в кормоцехе —оператор, на насосной станции —
дежурный и т. п.). Результат (продукция) производственной эксп­
луатации — преобразованная и переданная сельскохозяйственно­
му технологическому объекту энергия (механическая, тепловая
или световая).
Техническая эксплуатация —это процесс обеспечения и поддер­
жания требуемого состояния оборудования при использовании
или хранении.
Техническую эксплуатацию осуществляют специалисты элект­
ротехнической службы сельскохозяйственного предприятия. Ре­
зультат (продукция) технической эксплуатации —эксплуатацион­
ная надежность электрооборудования.
В дальнейшем для удобства процессы производственной эксп­
луатации именуют использованием, а процессы технической экс­
плуатации —обслуживанием.
Цель эксплуатации —обеспечение эффективной работы элект­
рифицированных технологических объектов за счет поддержания
требуемой надежности и рационального использования электро­
оборудования.
Эксплуатацию электрообо­
II
рудования
называют
оптималь­
Труд г
I
I
ной, если потребность в энер­
I
Материалы
I
Продукция гии удовлетворяется полностью
Т
и при наименьших удельных
Энергия
I
I
суммарных
затратах.
I
I
Электрооборудование (ЭО)
часть
какой-либо
машины,
уста­
Рис. 1.1. Упрощенная схема произво
новки или другого сельскохо­
ственной системы
зяйственного объекта, т. е.
часть производственной систе­
мы, предназначенной для выпуска определенной продукции.
Цель производственной системы — увеличение выпуска продук­
ции, повышение ее качества и снижение себестоимости.
На рисунке 1.1 показана упрощенная схема производственвключающей
Тр, материальные Мр и энергетические — Эр) и технологические
объекты
Т.
изучения
источник электроснабжения
ющии качество электроэнергии; электроприемник; технологичес­
кий объект, определяющий режимы использования и условия ок­
ружающей среды; служба эксплуатации, от которой зависит каче­
ство обслуживания, ремонта и других работ по обеспечению на­
дежности электрооборудования. Система названных элементов
(рис. 1.2) составляет обобщенный объект изучения теории эксплу­
атации электрооборудования и обозначается И—Э—Т—С (источ­
ник—электроприемник—технологический объект—служба эксплу­
атации).
Источник (И) — электрооборудование системы сельского элек­
троснабжения.
Пс
ы
Воздействия
Среда
Источник
Ресурсы
|Труд |
Материал
Энергия
Продукт
Надежное полное
использование ЭО
Службы
Обслуживание
Ремонт
Связь с другими системами
к
Рис. 1.2. Обобщенная
схема системы И—Э—Т—С
Электроприемник (Э) —совокупность электрооборудования от
ввода в помещение до рабочего органа или рабочей зоны техноло­
гического объекта, включающая три функциональных звена: Эи —
устройство присоединения к источнику (внутренняя проводка,
пускозащитная аппаратура, средство автоматики и т. п.); Эп —не­
посредственно электроприемник-преобразователь энергии (элек­
трическая 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 (7) —любой объект сельскохозяйствен­
ного производства (ферма, инкубатор, теплица, зерносклад и
т. д.), предназначенный для производства продукции или подго­
товки к ее производству.
Служба эксплуатации (С) — специалисты электротехнической
службы (ЭТС) хозяйства или района, которые контролируют ис­
пользование и осуществляют обслуживание (ремонт), а также их
ремонтно-обслуживающая база.
Необходимость учета процесса комплектования на стадии экс­
плуатации обусловлена тем, что для изделий массового примене­
ния (электропривод, электроосветительная установка и т. п.) тре­
бования потребителей настолько разнообразны, что на стадии со­
здания 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 добить­
ся качественного использования электрооборудования, эксплуата­
ционный персонал должен проверить правильность его комплек­
тования и при необходимости подобрать другие типоразмеры или
режимы работы, наиболее подходящие для конкретных условий
эксплуатации.
При изучении эксплуатации используют т е р м и н ы и з с и с ­
т е м н о г о а н а л и з а : система, границы системы, цель, альтер­
натива и др.
Система —упорядоченная совокупность взаимосвязанных эле­
ментов, действующих как единое целое для достижения постав­
ленной цели. Любая система включает в себя подсистему как бо­
лее узкую совокупность элементов или отдельные элементы. В то
же время она часть другой, более общей системы (надсисгемы, су­
персистемы).
Границы системы —пространственно-временные пределы, в
которых элементы, их свойства и связи способствуют достижению
цели системы, а также сохраняется управляемость ими.
Цель —желаемое конечное состояние системы.
Альтернатива —вариант системы или ее действия, способный
достигнуть поставленной цели.
Теория эксплуатации электрооборудования — область знаний о
закономерностях получения наибольшей пользы от электрообору­
дования.
Учебная дисциплина «Эксплуатация электрооборудования» —со­
вокупность положений, формирующих у инженеров навыки ре­
шения эксплуатационных задач.
Предметом изучения в курсе «Эксплуатация электрооборудова­
ния» служат основные закономерности, правила и способы выбо­
ра (комплектования), использования, технического обслуживания
и ремонта электрооборудования в условиях сельского хозяйства, а
также методы решения эксплуатационных задач. Теоретические
вопросы изучают на обобщенных моделях, в которых используют
понятия: объект, изделие, оборудование. Они могут заменять лю­
бые конкретные виды электрооборудования. Практические реко­
мендации рассмотрены применительно к конкретным техничес­
ким средствам сельской энергетики или на примере электротех­
нического оборудования.
Все темы условно разделены на пять разделов и ряд подразде­
лов (см. рис. 1.3). Предметом изучения в первом разделе служат
исходные сведения об изучаемом оборудовании, основные свой­
ства оборудования, задачи и условия эксплуатации оборудования
на предприятиях агропромышленного комплекса.
Эксплуатация электрооборудования
Эксплуата­
ционные
свойства
Теоретические
основы
эксплуатации
Основные
параметры
Теория комп­
лектования
Условия экс­
плуатации
Теоретические
основы
эксплуатации
Энергетичес­
кие свойства
Другие
Понятия и
определения
Теория
надежности
Теория
массового
обслуживания
Диагности­
рование
роизводственная
эксплуатация
Комллектование электро­
оборудования
Оптимизация
нагрузки
аииональные
режимы
работы
Оптимизация
резервирова­
ния
Техническая
эксплуатация
Система
ППРиТО
Причины
отказов
Технология
обслужива­
ния
Технология
ремонта
Хранение
Экономия
энергии
Рис. 1.3. Примерное содержание предмета изучения
Организация
эксплуатации
Расчет
годовой
программы
Выбор формы
эксплу­
атации
Построение
графиков
П ПР
Расчет штата и
выбор струк­
туры ЭНС
Ремонтнообслужива­
ющая база
Во втором разделе рассмотрены теоретические основы эксплу­
атации электрооборудования. Здесь предмет изучения —общие
закономерности получения наибольшей пользы от электрообору­
дования за счет управления его состоянием в периоды использова­
ния и обслуживания.
Третий раздел посвящен изучению эксплуатации отдельных
видов электрооборудования, приведены рекомендации по органи­
зации обслуживания и текущего ремонта применительно к сло­
жившимся на практике условиям использования.
Важное место занимает четвертый раздел —технология капи­
тального ремонта. Здесь предмет изучения —правила, технологи­
ческие процессы ремонта и хранения конкретных видов электро­
оборудования, используемого в производстве и в быту.
В пятом разделе приведены способы организации эксплуата­
ции и построения электротехнических служб.
При научно-техническом прогрессе повышаются требования к
специалистам-эксплуатационникам, которые должны овладеть
современными знаниями в области науки и практики эксплуата­
ции электрооборудования, уметь самостоятельно ставить и решать
новые эксплуатационные задачи. Особенность эксплуатационных
задач состоит в том, что помимо технического они имеют органи­
зационное, управленческое и социальное содержание. При их ре­
шении необходимо учитывать много факторов, оказывающих ре­
шающее влияние на результаты эксплуатации, но не имеющих
четкого количественного описания. Поэтому при изучении курса
используют различные методы: эксперимент, аналогию, сравне­
ние, анализ, синтез, системный подход и т. п.
П ри с и с т е м н о м п о д х о д е обычно применяют алгоритмы
принятия решений. Простейший алгоритм включает пять этапов:
первый этап —сформулировать ц е л ь и з у ч е н и я (осмыслить
главную цель изучаемой дисциплины, выявить актуальность зада­
чи, выбрать качественные и количественные оценки достижения
цели, сформулировать цель);
второй этап — выделить о б ъ е к т изучения (определить место
и роль задачи в предмете изучения, выделить пространственные и
временные объекты изучения);
третий этап —поставить з а д а ч у (выявить все факторы, учи­
тываемые в предмете изучения, выделить неуправляемые и управ­
ляемые факторы или исходные и искомые данные, обосновать мо­
дель объекта с указанием допущений и ограничений);
четвертый этап —найти а л ь т е р н а т и в ы достижения целей
(обосновать метод изучения, выполнить качественное решение,
численное решение, составить список альтернатив решений);
пятый этап —сформулировать окончательный р е з у л ь т а т
или принятое решение (проверить все альтернативы на соответ­
ствие исходным данным и целям, принять окончательное реше­
ние, сформулировать результаты изучения).
Алгоритм ЦОЗАР (по начальным буквам ключевых слов каждо­
го этапа) применим для изучения всех разделов курса. С его помо­
щью находят качественное и численное решение задач. При ис­
пользовании алгоритма открывается возможность применения
ЭВМ в учебном процессе.
Главная цель эксплуатации электрооборудования, как показа­
но в исходных положениях, — обеспечение эффективной работы
технологических объектов за счет поддержания требуемой надеж­
ности и рационального использования электрооборудования.
В главной цели можно выделить три промежуточные цели —
обеспечение требуемой надежности электрооборудования, рацио­
нальное использование электрооборудования, поддержание опти­
мального уровня затрат на эксплуатацию. Каждая из промежуточных целей предполагает решение ряда технических, технологичес­
ких, социальных и организационных задач, взаимосвязь которых
показана в таблице 1.1.
1.1. Классификация целей и задач эксплуатации
Поддержание требуемой надежности
Технические задачи
Организационные задачи
С ов ер ш ен ­
ствование и
замена уста­
ревшего элек­
тр ообор удо­
вания
Предупреж­
дение
аварийных
режимов
источника и
технологи­
ческого
объекта
Совер­
шенство­
вание
ремонтно
обслужи­
вающей
базы
Повыше­
ние
квалифи­
кации
персонала
Совершен
ствование
учета
отказов и
простоев
Совершенство­
вание
организации
технической
эксплуатации
Продолжение
Рациональное использование электрооборудования
Технико-технологические задачи
П овы ш ение
суточной
и
годовой заня­
тости
Поддержа­
ние опти­
мальной
нагрузки
9
Примене­
ние
принуди­
тельных
режимов
работы
Организационные задачи
Разработка
нормативов
оптимального
использования
Совершенствование
учета и системы
стимулирования
результатов исполь­
зования
Продолжение
Поддержание оптимального уровня затрат на эксплуатацию
Социальные задачи
Ф орм ирова­ Внедрение
ние трудовых научной
коллективов организации
труда
Организацион ные задачи
Улучше­
ние
жилищно
бытовых
условий
Повыше­
ние
эффектив­
ности
труда
Повыше­
ние
фондовое
руженнос
ти
Совершенство­
вание системы
оценки
результатов
работы
Решение т е х н и ч е с к и х з а д а ч связано с повышением каче­
ства оборудования за счет его совершенствования и своевременной
замены устаревших изделий, улучшением обслуживания, оптими­
зацией режимов использования и внедрением автоматизации.
Т е х н о л о г и ч е с к и е з а д а ч и направлены на более тщательное
согласование технологических процессов сельскохозяйственного
производства с возможностями оборудования, на снижение энерго­
емкости процессов и повышение качества выпускаемой продукции.
С о ц и а л ь н ы е з а д а ч и состоят в улучшении моральных, трудо­
вых и бытовых условий специалистов электротехнических служб
(ЭТС). О р г а н и з а ц и о н н ы е з а д а ч и направлены на совер­
шенствование формы, структуры, принципов управления ЭТС; на
улучшение способов выполнения технического обслуживания, те­
кущих и капитальных ремонтов; на достижение четкого взаимодей­
ствия подразделений и специалистов службы.
1.2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ,
ИСПОЛЬЗУЕМОМ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Асинхронные двигатели. В электроприводах сельскохозяйствен­
ного назначения применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Наибольшее распространение получили дви­
гатели мощностью от 1 до 3 кВт и частотой вращения 1500 мин-1.
В животноводстве используют около 50 % двигателей, в растени­
еводстве — 30 % и в подсобных предприятиях — 20 %. Структура
типоразмеров двигателей, применяемых в различных отраслях,
отличается незначительно и соответствует средним данным
(табл. 1.2).
1.2. Структура типоразмеров электродвигателей
Частота
вращения,
м тг1
3000
1500
1000
Всего
Удельный вес, %, при мощности электродвигателей, кВт
До 1,0 | 1,1.-3,0 | 3,1—5,0
5,1... 10,0 | 10,0...20,0|1Более 20,01
1.0
5,0
1.0
7,0
6,0
35,0
7,0
48,0
2,0
13,0
5,0
20,0
1,8
11,0
4,2
17,0
1,0
2,0
1.0
4,0
1,2
2,0
0,8
4.0
Всего
13
68
19
100
Парк двигателей разделяют по сериям, исполнению и модифи­
кациям. Выборочные обследования показывают, что удельный вес
старых двигателей достаточно высок. Так, двигатели первой (А) и
второй (А2) серий составляют около 50 % общего числа.
В сельском хозяйстве применяют двигатели новых единых се­
рий 4А, АИР и АИ. В них используют новую холоднокатаную
электротехническую сталь, современные электроизоляционные
материалы, специальные шариковые подшипники с постоянно
заложенной смазкой. Такие двигатели по сравнению со старой се­
рией облегчены на 19 %, а КПД повышен на 1 %. Основное досто­
инство таких двигателей — повышенная надежность. Четвертая
серия имеет двигатели основного исполнения, модифицирован­
ные по электрическим, конструктивным, климатическим и дру­
гим параметрам, а также узкоспециализированного исполнения, в
том числе и для сельского хозяйства.
Двигатели серии 4А сельскохозяйственного назначения выпол­
няют на базе двигателей основного исполнения мощностью
0,12...30 кВт, с синхронной частотой вращения 3000, 1500 и
1000 мин-1. Они имеют закрытое обдуваемое исполнение (1Р44),
чугунные корпуса и подшипниковые щиты. Коробки выводов вы­
полнены двухштуцерными с уплотнением для предотвращения
попадания влаги. Для присоединения к сети предусмотрены
клеммные колодки. Конструкция двигателей позволяет пополнять
смазку подшипниковых узлов без разборки, а в двигателях с высо­
той оси вращения до 132 мм применены подшипники, не требую­
щие пополнения или замены смазки во время всего срока службы.
В двигателях сельскохозяйственного назначения применены
обмоточные и установочные провода, пропиточные, лакокрасоч­
ные и антикоррозийные материалы, обеспечивающие нагревоетойкость по классу В (130 °С), стойкость к воздействию повышен­
ной влажности, агрессивных сред животноводческих помещений,
дезинфицирующих растворов и аэрозолей. Они могут работать при
температуре окружающей среды -45...+45 °С, допускают длитель­
ную работу с пониженным на 20 % напряжением и пониженной
на 15 % от паспортной мощностью. Расчетный срок службы двига­
телей 8... 10 лет, но не менее 12000 ч при работе двигателя в сред­
нем 1500 ч/год.
Электронагревательные установки. В сельскохозяйственном
производстве широко применяют электроэнергию для подогрева
воздуха, воды, почвы, строительных конструкций, машин и меха­
низмов. Для этих целей используют электронагревательные уста­
новки.
Д л я н а г р е в а в о з д у х а предназначены электрокалорифе­
ры — установки типа СФОА мощностью 22,5; 45; 67,5 и до 90 кВт
и агрегаты типа СФОЦ пяти типоразмеров: 16, 25, 40, 60,
100 кВт. Последние имеют меньшие размеры и массу, улучшен­
ные технологические показатели и эксплуатационные свойства.
Они могут работать в условиях повышенной влажности воздуха
(до 95 %) с периодической обработкой дезинфицирующими ра­
створами. Срок службы электронагревательных элементов таких
установок увеличен с 6000 до 8000 ч. Электрокалориферные уста­
новки имеют автоматическое ступенчатое регулирование теплопроизводительности за счет включения и отключения секции на­
гревателей.
ЕИв5Ш
д л я п о д о г р е в а в о д ы используют элементные емкостные
электронагреватели серий САОС, ВЭТ и УАП мощностью 6, 10,
16, 33 кВт и емкостью 200, 400, 800, 1600 л. Проточные элементные
электроподогреватели типов ВЭП-600 и ЭПВ-2А обеспечивают
подогрев воды в системах автопоения животных или для техноло­
гических нужд производства. Электродные котлы типов ЭПВ,
КЭВ мощностью 25, 60, 100 кВт используют в системах водяного
отопления сельскохозяйственных помещений. Перечисленные элек­
тронагреватели постоянно совершенствуют. В эксплуатации нахо­
дятся их различные конструктивные исполнения.
В установках для местного обогрева молодняка животных при­
меняют всевозможные средства электрообогрева.
Д л я о б о г р е в а с н и з у используют электрообогреваемые
полы и коврики (панели) различной конструкции. В свинарникахматочниках получили распространение бетонные электрообогре­
ваемые полы с нагревательными элементами из стальных прово­
дов марок ПОСХВ, ПОСХВТ и ПНВСВ. Промышленность вы­
пускает электрообогреваемые коврики ЭП-935, представляющие
собой маты из химостойкой резины, внутри которой равномерно
распределен стальной нагревательный провод. Существуют другие
модификации таких изделий.
Д л я о б о г р е в а с б о к у применяют электрообогреваемые па­
нели аккумулирующего типа. Панели мощностью 1,6 кВт выпол­
няют из бетона габаритными размерами 1640 х 820 х 50 мм и мас­
сой 155 кг. Кроме них выпускают панели типа РТЭ мощностью
9 кВт. Их выполняют из бетона или кирпича массой до 1500 кг.
Эго позволяет отключать их без ущерба для микроклимата поме­
щения в утренние и вечерние часы наибольших нагрузок энерго­
системы. Таким образом повышают надежность теплоснабжения
объектов при аварийных перерывах подачи электроэнергии.
Электроосветительные и облучательные установки. Источники
светового излучения применяют для внутреннего и наружного ос­
вещения, технологического облучения молодняка животных и ра­
стений, предпосевной обработки семян и обеззараживания возду­
ха (всего 50 технологических процессов используют искусствен­
ное световое излучение).
В качестве источников о б щ е г о н а з н а ч е н и я используют
лампы накаливания типов Н-220, В-220-235, Б-270-235, КГ-2201000 мощностью 25, 40, 60, 100, 150 Вт, люминесцентные лампы
серии ЛБР и ртутные дуговые лампы высокого давления ДРЛ
мощностью 12э, 250, 400, 700, 1000 Вт. Их применяют в светиль­
никах открытого, закрытого, влаго-, пыле- и взрывозащитного ис­
полнения.
Д ля у л ь т р а ф и о л е т о в о г о облучения животных
и п т и ц ы применяют эритемные облучатели ЭО1-30М, 30-1 и
30-2; светильники-облучатели ОЭСП 02-2 х 40; облучатели ОРК и
ОРКШ; механизированные облучающие установки УО-4 и УОК-1.
С м е ш а н н о е н а з н а ч е н и е имеет комбинированный об­
лучатель ИКУФ (две инфракрасные лампы ИКЗК-220-250 и одна
ультрафиолетовая эритемная лампа ЛЭ-15). В последнее время
инфракрасные лампы заменяют низкотемпературными электро­
нагревательными элементами, что повышает стабильность КПД
облучателя в процессе эксплуатации и срок службы источника из­
лучения до 10 тыс. ч.
В т е п л и ч н о м х о з я й с т в е применяют облучатели ОТ 400
с лампами ДРЛФ-400, РСП-2000 с лампами ДРЛ-200 и др.
Пускозащитная аппаратура. Для неавтоматического и нечастого
включения, отключения и переключения электрических цепей, а
также пуска (останова) двигателей до 10 кВт используют рубильни­
ки и переключатели. Они рассчитаны на продолжительную работу
при температуре —40...+35 °С и относительной влажности не более
80 %. В животноводческих помещениях для этих целей предназна­
чены пыленепроницаемые и водозащитные ящики управления се­
рий ЯРВ и ЯПВ, которые могут работать при температуре —40
...+40 °С и относительной влажности до 98 %.
Для дистанционного управления электроприемниками исполь­
зуют магнитные пускатели типов ПМЕ, ПАЕ, ПМА или контакто­
рами серий КВТ и КТ-600. Освоено производство новых пускате­
лей типа ПМЛ. Все эти аппараты различают по назначению, за­
щищенности, габаритам и другим параметрам.
Для нечастых оперативных коммутаций и защиты цепей от ко­
ротких замыканий или перегрузок широко применяют установоч­
ные автоматические выключатели (автоматы) типов АП 50, А63,
АЕ 2000 и А 3100. Они имеют широкую шкалу номинальных то­
ков, видов расцепителей и токов их срабатывания. Каждый тип
автомата предназначен для работы в условиях окружающей среды,
регламентированных его паспортными данными.
Для защиты электроустановок от коротких замыканий ис­
пользуют плавкие предохранители (ПРС, НПН-2, ПН-2 и др.)
или расцепители автоматических выключателей. Последние
имеют лучшие защитные характеристики (при правильной на­
стройке).
Для защиты от перегрузок предназначены тепловые реле с биме­
таллическими элементами типов ТРН, ТРП, которые встраивают в
магнитные пускатели и автоматические выключатели. Двухэлемен­
тные реле не полностью удовлетворяют эксплуатационным требо­
ваниям, поэтому их заменяют новыми трехполюсными аппаратами
типа РТЛ. Более совершенная защита двигателей —встроенная
температурная защита типа УВТЗ. Она реагирует непосредственно
на температуру обмоток двигателя и отключает его при заданном
перегреве. Однако по ряду причин такие устройства применяют у
5...7 % сельскохозяйственных приводов. Новая модификация
УВТЗ-5 реагирует и на несимметрию напряжения сети.
Совершенствуют пускозащитную аппаратуру за счет примене­
ния новой элементной базы —тиристоров, герконов и т. п., а также
за счет разработки новых систем автоматизации производственных
процессов: шкафов типа ШЛИ 5909 для управления кормопригото­
вительными машинами, комплектов оборудования типа «Климат»,
ПВУ для управления температурно-влажностным режимом поме­
щения, станций КЦС для управления кормоцехами и т. д.
Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий осуществ­
ляют по следующей типовой схеме. Районная подстанция средней
мощностью 3300 кВ • А питает 4...5 воздушных линий 10 кВ, име­
ющих среднюю длину 30 км; к каждой линии 10 кВ подключено
20...60 трансформаторных пунктов (средняя мощность 110 кВ • А);
от распределительного пункта отходят 3...4 воздушные линии
0,4 кВ средней длиной 0,4 км.
Из общего числа трансформаторных подстанций хозяйства ис­
пользуют в животноводстве около 27 %, растениеводстве — 10 %,
подсобных предприятиях — 14 % и коммунально-бытовом секто­
ре —49 %. Средняя длина низковольтных линий перечисленных
потребителей соответственно равна 250, 100, 150, 700 м. Данные о
трансформаторах сельских потребительских подстанций приведе­
ны в таблице 1.3.
1.3. Структура типоразмеров трансформаторов
Сектор
Ж ивотноводство
Растениеводство
П одсобные
предприятия
Средняя
мощность,
кВ • А
160
120
139
Удельный вес, %, при мощности, кВ *А
63
100
160 1 250 1400 и более
1
11
5
10
65
20
63
20
50
22
I*: Д3
20
4
1
5
Многономенклатурность электрооборудования, применяемого
в сельском хозяйстве, создает определенные трудности при орга­
низации его эффективной эксплуатации. Это относится к плани­
рованию работ по техническому обслуживанию и ремонту, созда­
нию и размещению резервного фонда электрооборудования,
организации электротехнических служб и т. п. Для конкретизации
задач эксплуатации используют сведения о парке электрооборудо­
вания колхозов.
Понятие «типовое хозяйство» отражает структуру товарной
продукции, посевных площадей, стада и основных фондов. Одно­
типные хозяйства различных зон страны строят и ведут производ­
ство на основе одних и тех же принципов, методов и нормативов.
Они имеют сходные показатели электрификации и задачи по экс­
плуатации электрооборудования.
Таким образом, развитие сельскохозяйственной отрасли по
пути интенсификации производства и агропромышленной интег­
рации сопровождается резким ростом потребления электроэнер­
гии и масштабов использования электрооборудования в сельско­
хозяйственных предприятиях. Специфическая особенность парка
электрооборудования хозяйств состоит в огромной номенклатуре
электроустановок при относительно небольшой их средней мощ­
ности и малой повторяемости однотипных типоразмеров электро­
оборудования.
1.3. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Е СВОЙСТВА
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Эксплуатационные свойства электрооборудования —это те
признаки качества, которые характеризуют, в какой мере то или
иное изделие соответствует требованиям эксплуатации. Чем быст­
рее и проще обнаруживают неисправность, тем лучше эксплуата­
ционные свойства электрооборудования. Такую возможность зак­
ладывают при разработке и изготовлении электрооборудования, а
реализуют в процессе его эксплуатации.
Совокупность эксплуатационных свойств можно разделить на
общие, присущие всем видам электрооборудования, и специаль­
ные, имеющие значение для конкретных групп электрооборудо­
вания. К. общим свойствам относят н а д е ж н о с т ь и т е х н и ­
к о - э к о н о м и ч е с к и е с в о й с т в а , а к специальным —т е х ­
нологические, энергетические, эргономические
и другие свойства. На рисунке 1.4 приведена примерная классиЭксплуатационные свойства
Специальные
Общие
I
Надежность
-\ Безотказность |
- )Долговечность
Ремонтопри­
годность
Сохраняемость |
Технико­
экономические
свойства
Ткпоразмерный
ряд
Стоимость
приобретения
монтажа,
обслуживания,
ремонта
Коэффициент
полезного
действия
-| Безопасность
-] Безвредность
Коэффициент
мощности
Гигиеничес­
кие показатели
Антропомет­
рические
показатели
Пусковые
свойства
Рис. 1.4. Классификация эксплуатационных свойств электрооборудования
фикация эксплуатационных свойств оборудования, используемого
в сельском хозяйстве.
Эксплуатационные свойства оценивают при помощи единич­
ных или комплексных показателей (параметры, характеристики).
Е д и н и ч н ы й показатель относят только к одному свойству
либо одному его аспекту, а к о м п л е к с н ы й —к нескольким
свойствам. Каждый показатель может по-разному учитывать фак­
тор времени. По этому признаку их разделяют на номинальные,
рабочие и результирующие показатели.
Номинальные показатели — указанные изготовителем электро­
оборудования значения основных параметров, регламентирующие
его свойства и служащие исходными для отсчета отклонении от
этого значения при испытаниях и эксплуатации. Их указывают в
технической документации и на заводском щитке электрообору­
дования.
Рабочие показатели — фактические значения, наблюдаемые в
данный момент эксплуатации при конкретном сочетании дей­
ствующих факторов. Они дают обычно «точечную» оценку
свойств.
Результирующие показатели — средние или средневзвешенные
значения за некоторый период эксплуатации (сезон, год или срок
службы). Они составляют более полное представление об эффек­
тивности использования и результативности обслуживания (ре­
монта) электрооборудования. Эксплуатация должна быть налаже­
на таким образом, чтобы результирующие показатели были не
хуже номинальных.
Надежность. К электрифицированным объектам (процессам)
сельскохозяйственного производства предъявляют особые требо­
вания по надежности. Для этих объектов обычно наибольшую
опасность представляет не факт отказа оборудования, а продол­
жительность восстановления его работоспособности, т.е. простой.
Если простой объекта превысит некоторое допустимое время, то
нарушение технологического процесса приведет к порче продук­
ции, гибели животных (растений) и другим нежелательным по­
следствиям. Повышение долговечности оборудования зависит от
правильного выбора номенклатуры, числа и размещения резерв­
ных (запасных) элементов; хорошей организации оперативно-де­
журного обслуживания электрохозяйства сельскохозяйственных
предприятий.
На практике различают к о н с т р у к ц и о н н у ю и э к с п л у ­
а т а ц и о н н у ю н а д е ж н о с т ь . Первая из них характеризует
свойства изделия, заложенные при его
__
рая — наблюдаемые при эксплуатации. Аля &&т»)т|вофидо
электрооборудования показатели констру}щ^Мй<М^ьиЩ(е0к#**ст
приведены в таблице 1.4.
академ ик С.Бейсембаев1
и
о
атындалы
ры лы ми
ЮТАПХАНА'4’
2 Ерошснко Г. П. и др
5 6 -9 -0 У/
Вид изделия
Показатель надежности
Трехфазные короткозамк
нутые асинхронные двига
тели серий А2 и А02 мощна
стъю 0,6...100 кВт
Расчетный срок службы: не менее
4 тыс. ч для всех активных частей,
кроме обмотки статора; не менее
20 тыс. ч для обмотки статора и не ме­
нее 10 тыс. ч для подшипников
Трехфазные
асинхронные
короткозамкнутые двигате­
ли серии 4А мощностью
0,06...400 кВт
Средний срок службы не менее 15 лет
при наработке не более 40 тыс. ч. На­
работка обмотки статора не менее
20 тыс. ч. Наработка подшипников не
менее 12 тыс. ч. Вероятность безотказ­
ной работы не менее 0,9 при 10 тыс. ч
наработки
Рубильники и разъедините­
ли на номинальные токи
100...6300А и на напряже­
ние до 1000 В
2327-89
Механическая износостойкость для
аппаратов до 630 А не менее 10 тыс.
циклов. Электрическая износостой­
кость аппаратов при коммутации
тока: 100 А —4000 циклов; 250 А —
2500 циклов; 400 А — 1600 циклов;
630 А — 1000 циклов
Плавкие предохранители на
напряжение до 100 В
17242-86
Срок службы не менее 16 тыс. ч. Веро­
ятность безотказной работы не менее
0,94 при доверительной вероятности
0,8
Электромагнитные пускате­
ли на напряжение до 1000 В
2491-82
Нижнее значение вероятности безот­
казной работы при доверительной ве­
роятности 0,8 за 2 млн циклов не ме­
нее 0,92
Бытовые электронагреватели
23110-84
Средняя наработка не менее 2 тыс. ч
Осветительные щитки для
жилых зданий
9413-93
Срок службы не менее 15 лет
Электроустановочные, све­
тотехнические изделия
—
Силовые кабели с пластмас­
совой
изоляцией
типов
АВВГ, АПВГ
16442-80
Срок службы не менее 25 лет
Провода с поливинилхло­
ридной изоляцией типов
АП В, АППВ, АППВС
6323-79
Средний срок службы не менее 15 лет
Вероятность безотказной работы не
менее 0,85 при доверительной вероят­
ности 0,8
Хотя многие виды оборудования имеют достаточно высокие
показатели конструкционной надежности, их эксплуатационная
надежность остается еще низкой. Так, фактическое время безот-
казной работы до капитального ремонта двигателей серии 4А со­
ставляет в животноводстве 3,5 года, а в растениеводстве —4 года,
подсобных предприятиях — 5 лет.
Технико-экономические свойства оценивают с помощью пока­
зателей — типоразмерного ряда, стоимости приобретения, мон­
тажа, обслуживания и ремонта электрооборудования. Типораз­
мерный ряд составляет номенклатуру конкретного вида электро­
оборудования по мощности, напряжению, исполнению и другим
параметрам. Чем больше шкала типоразмеров, тем точнее мож­
но подобрать электрооборудование к условиям эксплуатации.
Чтобы удовлетворить растущие требования к качеству электрообо­
рудования со стороны потребителя, в электротехнической про­
мышленности непрерывно увеличивают номенклатуру выпуска­
емых изделий. Так, первая серия электродвигателей имела 9,
вторая — 17, четвертая — более 25 модификаций и специализи­
рованных исполнений.
Однако при излишней многономенклатурности затруднена
организация рациональной эксплуатации из-за неизбежных слож­
ностей приобретения и хранения большого количества запасных
деталей, материалов, инструментов и приборов, повышены требо­
вания к квалификации эксплуатационного персонала. Поэтому
стремятся к выпуску электрооборудования с оптимальной струк­
турой его типоразмерного ряда.
С помощью стоимости дают обобщенную и сопоставимую
оценку оборудования. Она необходима при обосновании опти­
мальной периодичности обслуживания (ремонта) и нагрузки обо­
рудования, при расчете резервного фонда и решении ряда других
эксплуатационных задач.
Оптимальные значения результирующих показателей эксплуа­
тационных свойств определяют суммарными затратами на разра­
ботку и использование оборудования. Повышение надежности
или КПД связано с увеличением затрат на создание или техничес­
кую эксплуатацию, но при этом удается снизить технологический
ущерб из-за отказов оборудования, потери энергии и затраты на
капитальные ремонты. Стоимостные показатели позволяют сопо­
ставить названные конкурирующие показатели и найти наилуч­
шее решение.
Технологические свойства характеризуют соответствие элект­
рооборудования агрозоотехнологическим или другим специаль­
ным требованиям. По отношению к животным и растениям обо­
рудование общего назначения (двигатели, трансформаторы и
т. п.) должно быть безопасным и безвредным, а специальное обо­
рудование (облучатели, нагреватели и т. п.) —оказывать необхо­
димое воздействие на животных (растения). Например, если облучательная установка не обеспечивает заданный спектральный
состав излучения, то вместо ожидаемого укрепления организма
животного может наступить его заболевание. Правильным выбо­
ром оборудования по техническим свойствам и поддержанием
этих свойств в процессе эксплуатации обеспечивают не только
высокое качество технологического процесса, но и экономию
энергоресурсов.
Энергетические свойства отражают способность оборудова­
ния потреблять (производить, распределять) энергию с высокой
эффективностью (высокие КПД, коэффициент мощности и
др.), а также его приспособленность к переходным (пуск, тор­
можение) и другим режимам работы. Хорошие энергетические
свойства должны быть у любого вида оборудования сельскохо­
зяйственного назначения. Например, электрооборудование
подключают к источнику питания через протяженные электри­
ческие сети с многократной трансформацией энергии. Система
электроснабжения имеет невысокий КПД (70 %), и поэтому
сельские электроприемники с низкими энергетическими свой­
ствами вызывают огромные потери электроэнергии, нестабиль­
но работают.
Электрооборудование должно иметь высокие энергетические
показатели в достаточно широком интервале изменения нагрузок,
питающего напряжения и других эксплуатационных факторов.
При этом следует учитывать, что почти все факторы имеют слу­
чайный характер изменения.
Эргономические свойства определяют соответствие оборудо­
вания психофизиологическим возможностям обслуживающего
персонала. Их оценивают по гигиеническим, антропометричес­
ким, физиологическим и психологическим показателям. В
группу гигиенических показателей входят уровни освещенности,
запыленности, шума, вибрации, напряженности магнитного
поля и др. Обычно новое электрооборудование имеет удовлет­
ворительные гигиенические показатели, но в процессе эксплуа­
тации они ухудшаются. Особенно нестабильны механические и
магнитные виброшумовые воздействия. Благодаря своевремен­
ному и качественному техническому обслуживанию можно под­
держивать гигиенические показатели на требуемом уровне. Ан­
тропометрические показатели характеризуют соответствие кон­
струкции и размещения оборудования росту обслуживающего
персонала. При правильном размещении электроустановки лег­
ко ее обслуживать. Распределительные щиты и пункты не в
полной мере удовлетворяют этим требованиям, так как они
обычно расположены в узких проходах, на большой высоте и
т. п. Другие эргономические свойства оборудования должны со­
ответствовать зрительным, слуховым, силовым и рефлекторным
возможностям человека и его трудовым профессиональным на­
выкам .
1.
Что называют электрооборудованием? 2. Из каких периодов состоит жиз­
ненный цикл электрооборудования? 3. Чем отличается эксплуатация электрообо­
рудования от производственной эксплуатации? 4. В чем заключается цель эксплу­
атации? 5. Какие термины системного анализа используют при изучении курса
«Эксплуатация электрооборудования»? 6. Какие этапы входят в простейший алго­
ритм принятия решений? 7. Перечислите основное электрооборудование, исполь­
зуемое в сельском хозяйстве.
Глава 2
ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ ОТКАЗОВ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
2.1. КЛАССИФ ИКАЦИИ ПРИЧИН ОТКАЗОВ
Общее представление о причинах и закономерностях появле­
ния отказов оборудования можно получить при анализе надежно­
сти его отдельных элементов. Рассмотрим, к примеру, обмотку
асинхронного двигателя и выясним причины ее неработоспособ­
ности. Известно, что обмотка работоспособна до тех пор, пока
имеет правильное соединение и достаточную прочность (электри­
ческую, тепловую и механическую). Нарушение любого из на­
званных параметров приводит к выходу обмотки из строя.
Такие нарушения могут возникнуть из-за выбора занижен­
ного класса изоляции привода при конструировании, а также
из-за повреждения проводов при укладке обмотки в статор при
изготовлении и ошибочном включении двигателя на повышен­
ное напряжение при эксплуатации. Все это образует группу
субъективных причин отказов. Вместе с тем при эксплуатации
на обмотку воздействует много объективных причин — влаж­
ность, запыленность, вибрация и т. д. Те из них, которые при­
водят к отказам из-за старения или износа элементов электро­
оборудования, условно называют внутренними объективными
причинам, а остальные — внешними. Таким образом, причины,
вызывающие отказы электрооборудования, подразделяют на
объективные и субъективные. К субъективным причинам отно­
сят конструкционные, производственные и эксплуатационные,
а объективным — внутренние и внешние дестабилизирующие
воздействия.
К о н с т р у к ц и о н н ы е причины отказов —ошибки при про­
ектировании оборудования: нарушение требований стандартов,
занижение запаса прочности, недостаточная проработка электри­
ческих схем или конструкций узлов. П р о и з в о д с т в е н н ы е —
нарушения технологии изготовления, применение некондицион­
ных 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.
Э к с п л у а т а ц и о н н ы е причины отказов — низкая квалифи­
кация электромонтеров или персонала, использующего электри­
фицированные машины и механизмы, низкое качество питающе­
го напряжения и т. п. Отказы по этим причинам проявляются в
течение всего срока службы электрооборудования.
На рисунке 2.1 приведена примерная классификация причин
отказов электрооборудования. Для конкретных видов электрообо­
рудования и условий эксплуатации некоторые причины отказов
доминируют. Например, у асинхронных двигателей отказы проис­
ходят в основном за счет объективных эксплуатационных причин
и в целом по сельскому хозяйству распределены следующим обра­
зом: из-за увлажнения изоляции — 20 %, неполнофазного пита­
н и я—20, перегрузки — 20, затормаживания ротора— 15, прочих
причин — 25%.
*’
У конкретных электроприводов структура отказов может значи­
тельно отличаться от средних данных. Например, электроприводы
транспортеров с ручной загрузкой и вакуумных насосов доильных
установок наиболее часто подвержены перегрузкам (40 %) и затор­
маживаниям ротора (30 %), а электроприводы насосов и вентилято­
ров —увлажнению (30 %) и неполнофазному питанию (30 %).
Недостаточная
проработка
схем или узлов
конструкций
Неправильный
выбор
материалов
Ошибки
в выборе
конструкции
Нарушение
технологии
изготовления
Низкая квапифи
кация электро­
монтеров
Применение
некондицион­
ных материалов
Некачественное
электро­
снабжение
Недостаточный
контроль за ка­
чеством изделий
Нарушение
режимов
использования
Климатические
воздействия
Механические
воздействия
Биологическая
среда
Недостаточный
уровень техни­
ческого обслу­
живания
Рис. 2.1. Классификация причин отказов
Износ
По характеру проявления отказы делят на внезапные и посте­
пенные. Внезапные отказы характеризуются резким, скачкообраз­
ным ухудшением качества электрооборудования под воздействием
внутренних дефектов, нарушений режимов работы или ошибок
обслуживающего персонала. Обычно появлению внезапных отка­
зов предшествуют скрытые изменения свойства или пиковые
электрические (механические) перегрузки, которые не всегда уда­
ется 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 электрооборудо­
вания.
2.2. ЗАКОНОМ ЕРНОСТИ ПОЯВЛЕНИЯ ОТКАЗОВ
Интенсивность внезапных и постепенных отказов, а следова­
тельно, и суммарная интенсивность зависят от продолжительнос­
ти эксплуатации изделия. Установлено, что для всех видов техни­
ки эта зависимость имеет три участка, характеризующих общую
закономерность появления отказов
(рис. 2.2).
Участок 0—/| называют периодом
приработки. В это время проявляют­
ся конструкционные и производ­
ственные (технологические) отказы
внезапного характера, а постепен­
ные — практически отсутствуют. За
счет устранения дефектных элемен­
тов и мест некачественной сборки, а
также по мере приработки деталей
интенсивность отказов снижается в
конце периода до некоторого наи­
меньшего значения (рис. 2.2, а).
Участок 1\— /2 называют периодом
нормальной эксплуатации. На этом
интервале внезапные конструкцион­
но-технологические отказы продол­
жают уменьшаться (рис. 2.2, а ), но
Рис. 2.2. Изменение интенсивности внезапных
А* (|), постепенных А, (б) и суммарных X («) от­
казов при эксплуатации
одновременно возрастает доля постепенных отказов (рис. 2.2, б).
Суммарная интенсивность остается наименьшей и примерно
одинаковой (рис. 2.2, в). Участок нормальной эксплуатации обыч­
но в десятки раз продолжительнее периода приработки. На этом
участке показатели надежности описывают экспоненциальным
распределением случайных величин.
Участок *2~“*з называют периодом износа. На этом интервале
преобладают постепенные отказы из-за износа и старения элект­
рооборудования. Интенсивность отказов постепенно растет, при­
чем темпы роста трудно прогнозировать. Для описания показате­
лей надежности в большей мере подходят закономерности нор­
мального распределения случайных величин.
В результате анализа закономерностей появления отказов мож­
но сделать следующие в ы в о д ы по организации рациональной
эксплуатации электрооборудования. В период его приработки
необходим более тщательный надзор за каждым элементом и по­
стоянный контроль за режимом работы. В период нормальной
эксплуатации нельзя нарушать периодичность обслуживания элек­
трооборудования, так как это увеличит интенсивность отказов и
преждевременно наступит период износа. Электрооборудование
должно быть направлено в капитальный ремонт или снято с эксп­
луатации в начальный период износа.
2.3. ПОСЛЕДСТВИЯ О ТКАЗО В
Электрифицированное сельскохозяйственное производство
принципиально отличается от механизированного и ручного. От­
личие состоит в том, что нормальный технологический процесс
возможен только при исправном состоянии в с е х элементов
электрооборудования. Отказ л ю б о г о из них приводит к отрица­
тельным последствиям.
Самые опасные последствия связаны с электротравматизмом
людей и животных, возникающим при отказах защитных уст­
ройств, систем заземления и зануления. Эти же отказы приводят к
пожарам, имеющим катастрофические последствия.
Не менее опасны отказы электроосветительных и электронаг­
ревательных установок, а также электроприводов, используемых в
составе поточных технологических линий, на животноводческих
комплексах и птицефабриках. Это оборудование нельзя быстро и
равноценно заменить, поэтому весь технологический процесс на­
рушается. В результате возможны гибель или заболевание живот­
ных, снижение объема выпуска и качества продукции, перерасход
электроэнергии и т. д. Например, отказ простейшего магнитного
пускателя может привести к значительному экономическому
ущербу.
Когда электрифицированный объект не участвует в технологи­
ческом потоке, а работает отдельно, размер ущерба может быть
меньше. Но всегда необходимы дополнительные трудовые и де­
нежные ресурсы для устранения отказа и ремонта неисправного
оборудования. В таблице 2.1 указаны возможные последствия от­
казов электрооборудования для различных объектов и технологи­
ческих процессов на них.
2.1. Влияние отказов электрооборудования на технологические процессы
Технологический процесс
Последствие отказов
Молочные фермы крупного рогатого скота
Машинное доение коров
Затраты на привлечение дополнительных доярок
для ручной дойки. Снижение удоев при переходе
на ручную дойку. Заболевание животных и сни­
жение их продуктивности
Первичная обработка молока
(охлаждение, сепарирование
и др.)
Порча продукции. Использование дополнитель­
ного транспорта
Приготовление и раздача
кормов, доставка воды, убор­
ка помещения и т. д.
Затраты на привлечение дополнительной рабочей
силы или транспорта. Снижение продуктивности
животных. Дополнительные потери корма
Обеспечение микроклимата
Заболевание животных и снижение их продуктив­
ности. Повышенный расход кормов
Свиноводческие и овощеводческие фермы, откорм крупного рогатого скота
Приготовление и раздача Простой производственного персонала. Привле­
чение дополнительных рабочих или транспорта.
кормов, поение животных
Недополучение продукции. Дополнительные по­
тери корма
Обеспечение микроклимата
Заболевание животных. Брак и снижение выхода
продукции. Повышенный расход кормов
Птицеводческие фермы
Инкубация цыплят
Нарушение оптимальных условий инкубации.
Уменьшение числа выведенных здоровых цыплят
Выращивание птицы
Снижение яйценоскости птицы. Привлечение
дополнительной рабочей силы. Бой яиц
Производство бройлеров
Гибель цыплят. Снижение привеса
Электрообогрев цыплят
Гибель цыплят. Увеличение доли выбракованных
цыплят
Обработка продукции
Затраты на привлечение дополнительной рабочей
силы. Дополнительные затраты, связанные с пе­
редержкой птицы в птичниках
Технологический процесс
Последствие отказов
Теплично-парниковые хозяйства
параметров Гибель растений. Снижение урожайности
Обеспечение
микроклимата
Кормопроизводство
Приготовление витаминизи­
рованной травяной муки
Недовыпуск продукции. Простой полевых рабо
чих. Простой транспорта и полевой техники
Порча продукции и сырья. Привлечение допол
нительной рабочей силы. Дополнительный расхо;
горючего
Подсобные предприятия
Переработка
продукции
и
хранение
Порча сырья, полуфабрикатов и готовой продук­
ции. Простой персонала. Получение продукции
низкого качества. Затраты на привлечение допол­
нительной рабочей силы или транспорта
Из практики электрификации сельского хозяйства известно,
что наибольшую опасность представляет не факт отказа электро­
оборудования, а продолжительность его устранения. Если опера­
тивный электротехнический персонал успеет устранить отказ за
малое время, не превышающее допустимую по технологии про­
цесса продолжительность простоя, ущерб будет иметь наимень­
шее значение.
Чтобы выявить чувствительность объекта к отказу, целесооб­
разно использовать понятие относительного технологического
ущерба у* определяемого отношением стоимости технологическо­
го ущерба при отказе к стоимости ремонта отказавшего электро­
оборудования. Установлено, что для ответственных поточных ли­
ний у " — 4,0...8,0, а для второстепенных у = 0...1,0.
2.4. М ЕТО ДИКА РАСЧЕТА Э КО Н О М И Ч ЕС КО ГО УЩ ЕРБА
Высокую производительность и качество продукции при малых
энергозатратах можно получить лишь при надежной работе элект­
рооборудования. Отказ любого электрооборудования нарушает
весь ход технологического процесса, снижает объем выпуска и ка­
чество продукции. Совокупность отрицательных последствий в
денежном выражении называют технологическим ущербом. Его
размер главным образом зависит от качества работы энергетичес­
кой службы. Снижение технологического ущерба — основной ре­
зультат от внедрения проекта электротехнической службы.
Исходный и достигаемый ущерб зависит от многих факторов.
Обычно определяют верхнюю границу ущерба. При этом учитыва­
ют главные составляющие: недовыпуск продукции из-за простоя
оборудования и рабочих, а также затраты на преждевременный
ремонт оборудования.
Ущерб по /-му процессу:
У.=
Xфакт
Уг (^факт/
(2 .1)
дого
У
где у,, Уг — удельные ущербы из-за недовыпуска продукции и преждевременного
ремонта электрооборудования, руб.ДкВт ■ч); А^орм, Афакг— нормативная и факти­
ческая интенсивности отказов электрооборудования, год-1; Хф^, тдоп — фактичес­
кая и допустимая продолжительности простоев по /-му процессу, ч; Р& — суммар­
ная мощность простаивающего оборудования; л,- — количество простоев в год на 1-м
процессе.
Справочные данные для расчета ущерба до и после внедрения
новых способов эксплуатации приведены в таблице 2.2. Фактичес­
кие данные определяют по результатам обследования сельскохо­
зяйственного предприятия и выполняют расчеты по отдельным
объектам, а затем суммируют результат.
2.2. Данные для расчета ущерба (для учебных целей)
30
10
20
40
15
20
1,0...3,0
0,5...3,0
1...30
5...50
3
10
4,0...20,0
4...30
10
10
5
5
4,0...6,0
4,0...6,0
2...20
15...80
5
10
3,0...7,0
2...20
о
Поточные технологические линии
в животноводстве и птицеводстве
Машины для кормопроизводства
Доильные установки и другое молоч­
ное оборудование
Машины для уборки животноводче­
ских помещений
Машины для растениеводства
Поточные технологические линии
в растениеводстве
Прочие рабочие машины
О
Электрифицированный объект
и
Мощность
Удельный ущерб, Допустимая
продолжи­ простаиваемого
руб.ДкВт *ч)
тельность
оборудования,
простоя, ч
кВт
У|
У2
30.. .100
Пример. На молочной ферме с полной электрификацией процессов и привяз­
ном содержании 400 коров происходят отказы электродвигателя молочного насоса с
интенсивностью Афакт= 0,25 г-1. После создания ЭТО интенсивность отказов сни­
зилась до Афагг= о Д г" 1. Фактическая продолжительность простоя Хф^ = 5 ч. Опре­
делить снижение ущерба на один простой после создания ЭТС при Ръ= 12 кВт,
?доп= 2 ч.
Используя данные таблицы 2.2, по формуле (2.1) получим ущерб при старой
Ус и новой Ун системе эксплуатации:
ус =
0,1
20
0,25
(5 - 2 ) 12 1=1512 руб.,
\
у н = 30+ 1
ол •20
0,1 /
( 5 - 2 ) 12 1=1080 руб
Снижение ущерба Ус — Ун = 432 руб.
Иногда общий годовой ущерб оценивают по укрупненным данным, исходя из
того, что средний ущерб от преждевременного выхода из строя электродвигателя
составляет 10 тыс. руб.
.ТУ7д&кЩ&и р '>»■
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите причины отказов обмотки асинхронного электродвигателя.
2. Перечислите субъективные причины отказов. 3. Что понимают под конструк­
ционными, производственными и эксплуатационными причинами отказов? 4. Как
можно разделить отказы по характеру проявления? 5. Какими участками характе­
ризуют общую закономерность отказов? 6. К каким выводам приводит описание
закономерности появления отказов? 7. Для чего необходимо знать экономичес­
кий ущерб от отказов электрооборудования? 8. Почему для сельскохозяйственно­
го производства определяют верхнюю границу ущерба? 9. Какие составляющие
ущерба обычно учитывают? 10. Какими методами определяют экономический
ущерб? 11. По какой формуле определяют технологический ущерб? 12. Как опре­
деляют составляющую ущерба, обусловленную заменой вышедшего из строя элек­
трооборудования? 13. В чем заключается метод косвенного расчета ущерба?
Глава 3
ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ И КОМПЕНСИРУЮЩИЕ
ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
3.1. КЛАССИФ ИКАЦИЯ ВОЗДЕЙСТВИЙ
В процессе эксплуатации на электрооборудование воздейству­
ют многие факторы. Те из них, которые ухудшают его свойства и
снижают надежность, называют дестабилизирующими воздействия­
ми. Их число велико особенно в условиях сельского хозяйства.
Наибольшее дестабилизирующее воздействие оказывают: окружа­
ющая среда, характер нагрузки, качество электрической энергии,
нестабильная занятость в течение года и суток.
У с л о в и я э к с п л у а т а ц и и —это совокупность всех вне­
шних факторов, от которых зависит эффективность эксплуатации
оборудования. К ним относят условия использования, окружаю­
щей среды, электроснабжения и обслуживания.
Условия использования зависят от особенностей технологического
объекта. Их оценивают режимом работы, характером и уровнем на­
грузки, занятостью в течение суток, месяца и года, а также ответ­
ственностью объекта, которую характеризуют размером технологи­
ческого 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 размеще­
ния, запыленность, загазованность, влажность, уровень вибрации
и другие воздействия, вызывающие ухудшение свойств электро­
оборудования.
Условия электроснабжения влияют на надежность работы элект­
рооборудования. Их характеризуют качеством напряжения в уста­
новившемся и пусковом режимах.
Условия обслуживания определяют качество технического об­
служивания, текущего и капитального ремонтов, оперативность
устранения отказов и затраты ресурсов на все эксплуатационные
работы.
Электротехническая служба должна компенсировать дестаби­
лизирующие воздействия и поддерживать работоспособность
электрооборудования на требуемом уровне. К компенсирующим
воздействиям относят: правильное комплектование электроуста­
новок, качественное и своевременное проведение технического
обслуживания и ремонта, соблюдение нормативов хранения, пра­
вильный выбор режимов использования, своевременную замену и
модернизацию оборудования.
Можно считать, что главной проблемой технической эксплуа­
тации электрооборудования служит выбор и реализация мер по
устранению или ослаблению дестабилизирующих воздействий.
3.2. ВЛИЯНИЕ ОКРУЖАЮ Щ ЕЙ СРЕДЫ
Факторы внешней среды подразделяют на климатические .био­
логические и механические. Климатические факторы могут быть
естественными —при размещении электрооборудования на от­
крытом воздухе (наружные установки) —или искусственными —
при размещении электрооборудования внутри сельскохозяй­
ственных помещений (внутренние установки). Основные клима­
тические параметры —температура, влажность и загрязненность
атмосферы. По этим признакам Правилами устройства электро­
установок (ПУЭ) и Правилами технической эксплуатации (ПТЭ)
предусмотрена классификация производственных помещений и
наружных установок.
К производственным помещениям относят следующие.
Сухие —помещения с относительной влажностью не выше
60 % (конторы, красные уголки, клубы, школы, больницы, жилые
комнаты, подсобные помещения в ремонтных мастерских, отап­
ливаемые 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, чер­
дачные помещения, чердаки и т.д.).
Сырые —помещения с относительной влажностью, длительно
превышающей 75 % (овощехранилища, доильные залы, молоч­
ные, кухни столовых, животноводческие помещения, оборудован­
ные установками микроклимата, и т. д.).
Особо сырые — помещения с относительной влажностью, близ­
кой 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 электрообору­
довании и проникающая внутрь его (помещения для дробления
концентрированных кормов, комбикормовые цехи и заводы и
т. д.)
Особо сырые с химически активной средой — помещения с отно­
сительной влажностью, близкой к 100 %, с постоянным или дли­
тельным содержанием паров аммиака, сероводорода или других
газов невзрывоопасной концентрации или образующих отложе­
ния, действующие разъедающе на изоляцию и токоведущие части
электрооборудования (животноводческие помещения без микро­
климата, склады минеральных удобрений и т. п.)
Пожароопасные (класс П) — помещения, в которых изготавли­
вают, хранят, перерабатывают или применяют горючие вещества.
При этом помещения, в которых сжигают твердое или газообраз­
ное топливо, например газовые котельные, не относят к пожаро­
опасным.
С точки зрения требований к электрооборудованию различают
следующие категории помещений этого класса:
класс П—/ —помещения, в которых применяют или хранят
горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 45 “С
(склады минеральных масел, установки по регенерации этих ма­
сел и др.);
класс II—I I — помещения, в которых выделяется горючая пыль
или волокна, переходящие во взвешенное состояние, степень из­
мельчения и влажности которых не превышает низшего предела
взрыва — 65 г/м3 (деревообрабатывающие цехи, мало запыленные
помещения мельниц и элеваторов, зернохранилища);
класс П—На — помещения, в которых содержат твердые или
волокнистые горючие вещества (дерево, ткани и др.), а также
складские помещения, в которых на чердаках хранят сено и со­
лому.
Взрывоопасные (класс В) — помещения, в которых по усло­
виям технологического процесса могут образовываться взры­
воопасные смеси газов или паров с воздухом или горючей пы­
лью или волокон с воздухом (сильно запыленные помещения
мельниц и т. п.). С точки зрения требований к электрообору­
дованию различают следующие категории помещений этого
класса:
класс В—/ — помещения, в которых взрывоопасные смеси мо­
гут образовываться при нормальных, недлительных режимах рабо­
ты (хранение и переливание легковоспламеняющихся и горючих
жидкостей, содержащихся в открытых сосудах, и т. п.);
класс В—1а —помещения, в которых взрывоопасные смеси мо­
гут образовываться только в аварийных ситуациях или при неисп­
равном электрооборудовании (аккумуляторные, нефпгебазы и т. п.);
класс В—I I —помещения, в которых образуются взрывоопас­
ные смеси горючей пыли или волокон во взвешенном состоянии с
воздухом при нормальных недлительных режимах работы (загруз­
ка или разгрузка технологических аппаратов и т. п.).
К наружным установкам относят следующие.
Пожароопасные (класс П—НГ) —установки, в которых приме­
няют или хранят горючие жидкости с температурой вспышки га­
зов выше 45 “С (открытые или под навесом склады минеральных
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 помещени­
ях. Под воздействием влаги ухудшаются свойства изоляции, созда­
ются условия для образования на деталях электрооборудования
плесени. При относительной влажности выше 60 % активно про­
является 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 со­
держание наиболее агрессивного компонента (аммиака) превосхо­
дит зоогигиеническую норму в несколько раз (до 10), всегда име­
ют место сероводород и углекислый газ.
Влажность среды, аммиак, всегда содержащийся в атмосфере
животноводческих помещений, и резкопеременные температуры
оказывают отрицательное воздействие на электрооборудование,
особенно на его изоляцию, вызывают повышенную коррозию ме­
таллических частей, в том числе подшипниковых узлов электро­
двигателей. В результате такого воздействия сокращается срок
службы электрооборудования.
Около 10 % электрооборудования работает в атмосфере с повы­
шенной запыленностью (на зернотоках, мельницах, в кормоцехах
и т. п.). Наличие в пыли абразивных частиц приводит к повышен­
ному износу вращающихся элементов оборудования. Пыль мно­
гих материалов хорошо поглощает из атмосферы агрессивные газы
и влагу, что приводит к образованию коррозии, снижению сопро­
тивления изоляции и пробою по поверхности. Осаждающаяся
пыль ухудшает теплоотдачу электрооборудования, вызывает повы­
шенный нагрев изоляции и сокращает срок службы электрообору­
дования.
Технологические объекты, использующие электрооборудова­
ние, влияют на него не только через окружающую среду. Каждому
объекту свойствен ряд специфических воздействий.
Использование электрооборудования характеризуют его заня­
тостью в течение суток и в течение года, нагрузочными и пусковы­
ми режимами, а также требованиями электрифицированных
объектов к его надежности.
Сельскохозяйственное производство имеет ярко выраженный
сезонный характер и суточную цикличность работ технологичес­
кого оборудования. Эти особенности ограничивают годовое число
часов использования электрооборудования. Например, около
30% двигателей используют менее 500 ч/год, 5 0 % —до 1000 и
лишь остальные — более 1000 ч/год. Часть двигателей (12 %) рабо­
тают всего 1,5...2,0 ч/сут. Средняя продолжительность использова­
ния 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 51,
кратковременный 52, повторно-кратковременный 53 и т. д. Эти
режимы обычно учитывают при расчете мощности электродви­
гателя. В действительности они существенно влияют на эксп­
луатационные свойства асинхронного двигателя. Например, ре­
жим 52 крайне неблагоприятен при работе во влажной среде, так
как из-за малого периода работы температура не достигает уста­
новившегося значения и изоляция не успевает высохнуть. Режи­
мы 54...58вызывают тепловые, коммутационные и механические
воздействия на обмотку и подшипники из-за частых пусков и ре­
версов.
# 4*'Т а Ш&рЖДЮЩ/Ь'.- С
*
Условия пуска оценивают не только кратностью пускового мо­
мента, но и частотой пусков: от 0,2 до 10 пусков в час.
Коэффициент загрузки асинхронного двигателя в сельском хо­
зяйстве может быть менее или более 1. Около 30 % электроприво­
дов 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 эксп­
луатации разделяют на легкие, нормальные, жесткие и особо жест­
кие. Легкие условия: один или несколько факторов ниже номи­
нального значения. Жесткие условия: один из факторов (напри­
мер, запыленность) выше номинального значения. Особо жесткие
условия: два и более факторов выше номинального значения.
Перечисленные условия учитывают в первую очередь при раз­
работке электроустановок, предусматривая для особо жестких ус­
ловий дополнительные способы повышения надежности электро­
оборудования. Однако даже при таком подходе интенсивность от­
казов и долговечность асинхронного двигателя существенно зави­
сят от условий эксплуатации.
Технологические объекты существенно отличаются друг от
друга по последствиям отказов электрооборудования. Например,
на птицеводческих фабриках внезапный выход из строя электро­
оборудования наносит большой материальный ущерб, в неболь­
ших ремонтных мастерских —ущерб незначителен. Кроме разме­
ра предприятия на ущерб влияет, как уже говорилось, продолжи­
тельность устранения отказа (табл. 3.1).
Объект
Фермы крупного
рогатого скота
Птицеводческая ферма
Инкубаторы
Свиноферма
Теплицы и парники
с электрообогревом
Производственный процесс
Доение в стойлах
Доение на доильных площадках
Первичная обработка молока
Водоснабжение
Дополнительное освещение
Вентиляционно-отопительные агрегаты
В целом
в
л
о00
3.1. допустимая продолжительность простоев электрообор?
Длительность
простоя, ч
1,0
0,25...1,0
3,0
7,0
1,0
0,5
0,3...1,0
3,0
0,5
В животноводческих и птицеводческих помещениях, а также на
зернотоках и зерноскладах микроорганизмы, насекомые и грызу­
ны повреждают узлы аппаратуры, электрические провода, выпол­
ненные из органических материалов, и выводят из строя всю элек­
троустановку.
Сказанное выше поясняет влияние технологических объектов
на работу электрооборудования.
3.4. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Электроснабжение сельских потребителей имеет свои особен­
ности. В отличие от промышленных потребителей с трехфазной
нагрузкой, питающихся от кабельных сетей, сельские потребители
питаются от воздушных разветвленных электрических сетей.
Сельские потребители имеют относительно небольшие, но равные
по мощности нагрузки, которые удалены одна от другой на боль­
шие расстояния даже в пределах одного хозяйства.
Неравномерный график потребления электроэнергии в тече­
ние суток усложняет проблему получения высокого качества элек­
троэнергии, увеличивает потери энергии в сельских электроуста­
новках. Использование однофазной осветительной нагрузки и од­
нофазных силовых потребителей (сварочных трансформаторов,
3 Ерошснко Г. П. и др.
33
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 полупровод­
никовую технику с нелинейными характеристиками. Это приво­
дит к появлению гармонических составляющих и искажений си­
нусоидальной формы кривой напряжения в сетях и вызывает до­
полнительные потери мощности и электроэнергии в сельских ус­
тановках.
Таким образом, схемы электроснабжения сельских потребите­
лей, 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 номи­
нальным значениями, усредненная за 10 мин. Допустимо отклоне­
ние частоты ±0,1 Гц в номинальном режиме;
колебание частоты —разность между наибольшим и наимень­
шим значениями частоты при достаточно быстром ее изменении
(не менее 0,2 Гц/с). Допустимо колебание частоты не более 0,2 Гц
сверх отклонения частоты;
отклонение напряжения — разность между фактическим и но­
минальным 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 сле­
дует принимать для крупных животноводческих ферм и комплек­
сов. В других случаях электроснабжения сельского хозяйства от­
клонение 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 отклоне­
ния напряжения. Например, при шести колебаниях в час их зна­
чение не должно превышать 2 % сверх допустимого отклонения
напряжения;
несинусоидальность формы кривой напряжения — отношение
действующего значения напряжения всех высших гармоник к дей­
ствующему значению напряжения основной гармоники. Это от­
ношение должно быть не более 0,05;
смещение нейтрали — отношение напряжения нулевой последо­
вательности к фазному напряжению прямой последовательности:
кс = 100^о/^1ф (Лс должно быть не более 5 %);
несимметрия напряжений — отношение напряжения обратной
последовательности к прямой: кн = ЮО^ф/^Лф (Л„ —не более
5 %).
Из всех показателей первостепенное значение имеют отклоне­
ние и колебание напряжения, так как они в большей мере влияют
на технико-экономические параметры всех видов электрообору­
дования.
Степень влияния отклонений напряжения зависит от их значе­
ния, знака и продолжительности, а также типа электроприемника.
Особенно чувствительны к изменению напряжения осветитель­
ные установки. Их основные параметры, световой поток и срок
службы имеют следующую связь с напряжением, выраженным от­
носительно номинального значения:
#ОТ= # /Ц .;
где 1/„, Рн, Д ,—номинальные значения напряжения, светового потока, срока
службы, а , р — показатели для ламп накаливания: а = 14, р = 3,6; для люминес­
центных ламп: а = 1,5, Р = 1,5; для ламп типа ДРЛ: а = 3,7, р = 3,0.
Эти выражения показывают, что снижение напряжения суще­
ственно уменьшает световой поток (почти в 1,5 раза при 81/= —10 %).
Для поддержания нормальной освещенности в этом случае необ­
ходимо увеличить мощность ламп.
Повышение напряжения катастрофически опасно для ламп на­
каливания. При повышении напряжения на 10% срок службы
снижается в 5 раз, при 15 % лампа служит не более 90 ч, т. е. всего
одну неделю. В таких случаях экономически оправдано примене­
ние местных средств регулирования напряжения, вольтодобавоч­
ных трансформаторов.
Электронагревательные установки также чувствительны к от­
клонениям напряжения. Их мощность связана с напряжением
квадратичной зависимостью. Отрицательные отклонения сильно
снижают производительность, а положительные —снижают срок
службы. Выбирают оптимальный режим регулированием мощнос­
ти электронагревателя.
Отклонение напряжения влияет практически на все характери­
стики асинхронного электродвигателя, особенно неблагоприятно
на момент двигателя, потребляемый ток, а следовательно, на на­
грев и срок службы.
Снижение напряжения существенно уменьшает крутящий мо­
мент. Например, при 51/= —10 % момент уменьшается на 19%.
Отрицательное отклонение может настолько снизить момент, что
затруднит пуск электродвигателя или вызовет его «опрокидыва­
ние» при работе с нагрузкой. При эксплуатации электроприводов
сельскохозяйственных машин эти факторы необходимо учиты­
вать. Наряду с оптимизацией загрузки электродвигатель должен
быть отрегулирован на возможность пуска в конкретных условиях.
Зависимость тока электродвигателя и потерь в нем от напряже­
ния имеет экстремальный характер. Наименьшее значение тока
наблюдают, как правило, при номинальном напряжении. Для
двигателя, имеющего неизменную номинальную нагрузку, с рос­
том напряжения активная составляющая тока холостого хода
уменьшается, а намагничивающая — увеличивается. Если ток хо­
лостого хода превышает 50 % номинального, то в результате об­
щий ток увеличивается. Для двигателей с меньшим током холос­
того хода зависимость обратная. Считают, что отклонения до
5(7= +10 % не изменяют ток двигателя.
Снижение напряжения в большей мере увеличивает активную
составляющую тока, чем уменьшает намагничивающую, поэтому
общий ток возрастает. При отклонении &0= —10 % ток увеличи­
вается на 10 %.
Если двигатель длительно работает при пониженном напряже­
нии, то из-за большего нагрева износ изоляции ускоряется и срок
службы уменьшается. При 5( /——5 % срок службы изоляции
уменьшается в 1,5 раза.
Срок службы в зависимости от отклонения напряжения
0 = А ,Р -!|5Ц-2,
где /)н — срок службы изоляции при номинальном напряжении и номинальной
загрузке; р — коэффициент загрузки; 8 II— отклонение напряжения.
Несимметрия напряжения обусловливает в двигателе напряже­
ния кулевой (/о, прямой 11\ и обратной
последовательностей.
Рассматривая характерный для практики случай соединения об­
моток по схеме «звезда без нулевого провода», можно установить,
что вращающий момент двигателя снизится за счет противодей­
ствия момента обратной последовательности. Опасность несимметрии заключается в том, что ток одной из фаз увеличивается,
вызывая ее перегрев и преждевременный выход из строя. Поэтому
для соблюдения нормируемого перегрева при 5%-ной несимметрии рекомендуют снижать нагрузку электродвигателя на 5... 10%
против номинальной.
Из-за большего числа неблагоприятных факторов, действую­
щих в условиях сельского хозяйства на электрооборудование, рез­
ко возрастает роль его технической эксплуатации. Благодаря сво­
евременному проведению оперативного и планового технических
обслуживаний, текущего и капитального ремонтов удается под­
держивать требуемую эксплуатационную надежность электрообо­
рудования. Однако выполнение этих мероприятий в условиях
сельского хозяйства связано с определенными трудностями.
В отличие от промышленности, где сконцентрировано одно­
типное электрооборудование на относительно небольших произ­
водственных участках и имеется возможность планового обслужи­
вания одновременно всего парка электрооборудования, в сельс­
ком хозяйстве электрооборудование в пределах одного предприя­
тия рассредоточено по многим участкам, удаленным один от
другого на значительные расстояния (до 30 км). Кроме этого, на
участках часто используют неоднотипное электрооборудование,
отличающееся режимами работы и условиями окружающей среды.
Все это не позволяет организовать плановое обслуживание одно­
временно для всего парка электрооборудования. Возникает необ­
ходимость разработки сложных графиков планово-предупреди­
тельных работ.
3.5. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Для обеспечения надежной работы разрабатывают и приме­
няют на практике систему технической эксплуатации электро­
оборудования. Система эксплуатации — это совокупность взаи­
мосвязанных средств, документации, технического обслужива­
ния и ремонта и исполнителей, необходимых для поддержания
и восстановления качества изделий, входящих в эту систему
(ГОСТ 18322-78).
На основе существующих положений о технической эксплуата­
ции изделий создают системы технического обслуживания и ре­
монта электрооборудования в тех отраслях народного хозяйства,
где его используют. При этом важное значение имеет правильный
выбор основных характеристик системы: принципа технической
эксплуатации, структуры ремонтного цикла, периодичности ра­
бот, типового состава операций обслуживания и ремонта, трудо­
емкости и стоимости работ.
Принцип технической эксплуатации — правило выбора момента
контроля и восстановления свойств оборудования. Известны три
принципа: послеотказовый, профилактический и послесмотровый.
Послеотказовый принцип — это обслуживание по н е о б х о д и ­
мо с т и , когда восстановительные работы осуществляют лишь
после выхода из строя электрооборудования; плановые профилак­
тические мероприятия не проводят.
Профилактический принцип состоит в том, что независимо от
технического состава электрооборудования проводят профилакти­
ческие мероприятия в п л а н о в ы е с р о к и ; при выходе из строя
элементов или устройств в целом осуществляют их восстановле­
ние (замену).
Профилактические мероприятия могут быть календарными
или регламентными. В первом случае их выполняют через строго
определенные календарные периоды независимо от режима ис­
пользования электрооборудования. Во втором — после регламен­
тированной наработки, учитывающей загрузку, суточную, сезон­
ную и годовую занятость электрооборудования.
Послесмотровый принцип — это обслуживание п о с о с т о я ­
н и ю электрооборудования, при котором в плановом порядке
проводят лишь диагностические проверки (осмотры), а необходи­
мые профилактические (восстановительные) работы назначают с
учетом фактического состояния оборудования.
Для правильного выбора вида технической эксплуатации сле­
дует учесть характеристики надежности электрооборудования,
особенности его применения и состояния ремонтно-обслуживающей базы. Установлено, что послеотказовый принцип оправдан
при выполнении одного из следующих условий: интенсивность
отказов не увеличивается со сроком службы электрооборудования;
затраты на аварийный ремонт и технологический ущерб не пре­
восходят затрат на профилактические работы (при любом характе­
ре изменения интенсивности отказов); расчетная оптимальная пе­
риодичность профилактических работ больше срока службы элек­
трооборудования .
Профилактический принцип имеет более широкую область
применения благодаря следующим его преимуществам:
за счет периодических профилактик, выполняемых через опре­
деленное, правильно установленное время использования, сум­
марный объем работ по технической эксплуатации снижается до
некоторого наименьшего значения, достаточного для поддержа­
ния технического состояния электрооборудования на требуемом
уровне;
за счет плановых систематических профилактик каждой едини­
цы электрооборудования наименьший уровень работ по техничес­
кой эксплуатации неизменного парка электрооборудования оста­
ется практически постоянным;
весь ряд профилактических работ, выполняемых в течение сро­
ка службы электрооборудования, состоит из последовательно по­
вторяющихся однотипных циклов работ.
Целесообразность применения календарной или регламентной
системы профилактики можно определить по интенсивности от­
казов электрооборудования при работе кра6 и простое (хранении)
А*, а также по продолжительности периодов работы Т^б и хране­
ния Тх в течение года. Если А^б7 ^ > А*Гх, то целесообразно при­
менять регламентную техническую эксплуатацию, если
АрабТраб ^ К Тх — календарную.
Послесмотровый принцип сохраняет качества профилакти­
ческого и имеет дополнительные преимущества. При его осуще­
ствлении более точно учитывается состояние электрооборудова­
ния и поэтому предотвращается прогрессирующий износ, что
позволяет сократить число ремонтов, гарантировать безотказную
работу в ответственные периоды и т.п. Однако применение послесмотровой технической эксплуатации осложнено из-за дефи­
цита средств диагностики и прогнозирования состояния элект­
рооборудования .
Структура ремонтного цикла — это совокупность и последова­
тельность работ, выполняемых при технической эксплуатации
оборудования. В соответствии с ГОСТ 18322-78 основными эксп­
луатационными работами служат: техническое обслуживание, те­
кущий ремонт и капитальный ремонт.
Техническое обслуживание (ТО) — это комплекс операций для
поддержания исправности или работоспособности оборудования
при его использовании по назначению, хранении и транспортиро­
вании. Цель ТО —обеспечение исправности (работоспособности)
за счет своевременного устранения мелких неисправностей, кото­
рые могут вызывать отказ. ТО проводят на месте установки обору­
дования без нарушения технологического производственного про­
цесса.
Текущий ремонт (ТР) — это ремонт, выполняемый для обеспе­
чения или восстановления работоспособности изделия и состоя­
щий в замене или восстановлении отдельных его частей. Цель
ТР — обеспечение работоспособности всего изделия за счет своев­
ременной замены недолговечных элементов (частичное восста­
новление). ТР выполняют на месте установки электрооборудова­
ния или в ремонтной мастерской.
Капитальный ремонт (КР) —это ремонт, выполняемый для вос­
становления исправности изделия и полного или близкого к пол­
ному восстановлению ресурса любых его частей, включая базовые.
Такие работы выполняют специализированные электроремонтные предприятия.
Кроме перечисленных работ электротехническая служба лю­
бого хозяйства выполняет оперативно-дежурное обслуживание,
консервацию и расконсервацию электрооборудования при его
хранении, контрольные измерения и профилактические испыта­
ния.
При оперативно-дежурном обслуживании обеспечивают быст­
рое (оперативное) устранение отказов электрооборудования, а
также проведение любых отключений, переключений и измене­
ний электрических схем, вызванных производственной необходи­
мостью. В условиях сельского хозяйства разрешено оставлять обо­
рудование на объектах (машинах), но перед длительным простоем
оно должно быть законсервировано. После такого хранения элек­
трооборудование расконсервируют и вновь включают в работу.
Периодичность проведения работ. При послеотказовой техни­
ческой эксплуатации восстановительные работы выполняют по
мере необходимости. При профилактических работах периодич­
ность определяют исходя из принятого критерия эффективности
эксплуатации, например приведенных затрат на единицу нара­
ботки.
В упрощенном виде задача расчета периодичности работ по
критерию приведенных затрат состоит в следующем. Пусть заданы
тип электрооборудования, условия его эксплуатации, затраты на
разовое выполнение профилактической работы Зп и на устране­
ние отказа электрооборудования, оцениваемые затратами на ка­
питальный ремонт р и размером технологического ущерба УТ.
Требуется определить оптимальную периодичность профилакти­
ческих работ Тп.
Для решения задачи рассмотрим
на рисунке 3.1 характеристики пере­
численных затрат. С увеличением пе­
риодичности Тп затраты на профи­
лактические работы Зп за срок служ­
бы изделия уменьшаются из-за со­
кращения
суммарного
числа
проводимых профилактик. Но при
этом неизбежно возрастают интен­
сивность отказов и затраты на капи­
п.опт
тальный ремонт \ р, а также размер
Рис. 3.1. Графики для выбора оп­ технологического ущерба Ут. Сумми­
тимальной периодичности профи­ руя эти составляющие при разных
лактики
значениях Тп, получим график изме­
нения суммарных затрат 3. Перио­
дичность, при которой суммарные затраты становятся наимень­
шими, считают наилучшей, то есть оптимальной — Тп опт.
Календарный период работы электрооборудования между оче­
редными плановыми текущими ремонтами или от начала эксплуа­
тации до первого планового ремонта называют межремонтным пе­
риодом.
Календарную продолжительность между капитальными ремон­
тами или от начала эксплуатации до первого капитального ремон­
та называют ремонтным циклом. Структура ремонтного цикла за­
висит от вида электрооборудования и условий его эксплуатации.
Например, техническое обслуживание (ремонт) одинаковых по
исполнению двигателей проводят с разной периодичностью, если
их используют в неодинаковых условиях: в сухих помещениях ре­
монтный цикл составляет 8 лет (рис. 3.2, а), а в особо сырых 6 лет
(рис. 3.2, б).
Типовое содержание работ. Каждую профилактическую работу
выполнять
утраченных
можно уточнить
ственном ознакомлении с обслуживаемым оборудованием. Какие
именно операции следует выполнить в конкретном случае, решает
обслуживающий персонал или руководитель электротехнической
службы.
При плановом техническом обслуживании оборудования проводят
следующие операции: очистку от пыли, грязи и посторонних пред­
метов; проверку и регулировку крепления; проверку и восстановле­
ние (при необходимости) электрических соединений, и в первую
очередь —в цепях зануления (заземления); проверку сопротивле­
ния изоляции; проверку степени нагрева ответственных узлов и де­
талей; устранение обнаруженных мелких неисправностей.
При текущем ремонте проводят следующие операции: отключе­
ние от сети и разборку; очистку внешних поверхностей; очистку
Н —начало эксплуатации
| —техническое обслуживание
—текущий ремонт
У
|-Г1—капитальный ремонт
Рис. 3.2. Структура ремонтных циклов двигателей в легких (а) и тяжелых (б) условиях
эксплуатации
внутренних поверхностей, деталей и узлов; определение состоя­
ния и ремонт или замену деталей и узлов (кроме базовых); сборку;
испытания; установку и испытание на рабочем месте. На основа­
нии всех перечисленных типов операций для каждого вида элект­
рооборудования в системе ППР и ТР разработано конкретное со­
держание технического обслуживания и текущего ремонта, капи­
тальный ремонт выполняют по типовым схемам технологического
процесса ремонта соответствующих видов электрооборудования.
Трудоемкость типовых работ. Нормы трудоемкости обслужива­
ния и ремонта зависят, во-первых, от типового содержания работ,
во-вторых, от мощности, исполнения и других ремонтных особен­
ностей, 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 выпол­
нение отдельных операций). На основе этих данных разрабатыва­
ют обоснованные нормативы трудозатрат на отдельные операции
или на виды работ некоторого базового электрооборудования.
Сложность ремонта учитывают различными способами. Обыч­
но ее оценивают в относительных величинах путем сопоставления
трудоемкости ремонта (обслуживания) каждого оборудования с
трудоемкостью таких же работ для базового оборудования, приня­
той за единицу измерения. При этом можно выделить и оценить
т р у д о з а т р а т ы н а р а з о в ы е и о т д е л ь н ы е р а б о т ы 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 трехфаз­
ного асинхронного короткозамкнутого двигателя закрытого испол­
нения мощностью 5 кВт, напряжением 380/220В и частотой враще­
ния магнитного поля статора 1500мин-1.
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 коэф­
фициенты (категории) перевода в у.е.р.
Комплексное нормирование выполняют в условных единицах
электрооборудования (у.е.э.). При этом учитывают не разовые, а
г о д о в ы е т р у д о з а т р а т ы на все в ид ы э к с п л у а т а ц и ­
о н н ы х р а б о т для некоторого комплекса электрооборудова­
ния, 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 элек­
троустановки.
За базовую (эталонную) электроустановку принят комплект
энергооборудования электропривода с двигателем мощностью до
10 кВт, используемого в открытых установках. Нормативная тру­
доемкость у.е.э. составляет 18,6 чел. • ч/год и имеет следующую
примерную структуру: оперативное обслуживание — 2...3, техни­
ческое обслуживание — 5...6, текущий ремонт — 7...9, капиталь­
ный ремонт— 1...3чел. - ч/год. Другие комплекты электрообору­
дования переводят в у.е.э. при помощи коэффициентов пересчета
[1] (см. приложение 4).
3.6. СИСТЕМА ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО РЕМОНТА
И ТЕХНИЧЕСКО ГО ОБСЛУЖ ИВАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫ Х ПРЕДПРИЯТИЙ (ППР И ТО )
Основным нормативным документом, р е г л а м е н т и р у ю щ и м
организацию эксплуатации электрооборудования в сельском хо­
зяйстве, служит система ППР и ТО. Она разработана на основе
обобщения результатов исследований, выполненных различными
научно-исследовательскими организациями, анализа систем
ППР, действующих в различных отраслях народного хозяйства, с
учетом передового опыта.
Этот нормативный документ содержит классификацию усло­
вий эксплуатации энергетических установок в сельском хозяйстве,
рекомендации по планированию, организации и учету работ при
технической эксплуатации оборудования и данные о периодично­
сти, типовом составе работ, трудоемкости и о расходе материалов
при техническом обслуживании и ремонте практически всех ви­
дов оборудования, применяемого в сельском хозяйстве.
В систему ППР и ТО включены профилактические мероприя­
тия и запланировано их выполнение в строго регламентированные
сроки. Настоящей системой предусматрено техническое обслужи­
вание с периодическим контролем, при котором контроль техни­
ческого состояния электрооборудования выполняют с установ­
ленными 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 ви­
дов электрооборудования предусматривают в качестве самостоя­
тельных профилактических мероприятий осмотр и чистку.
Периодичность технического обслуживания и текущих ремонтов
в системе ППР и ТО установлена по критерию минимума приве­
денных затрат за весь срок службы электрооборудования. При
обосновании периодичности учтены следующие главные факто­
ры: тип электрооборудования, условия окружающей среды и вре­
менные режимы работы оборудования. По этим факторам диф­
ференцированы нормируемые периодичности. Например, в за­
висимости от их сочетания асинхронные двигатели могут иметь
междуосмотровый период 1...3мес, 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 сохране­
ния 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 време­
ни на оперативное обслуживание.
Типовой состав работ в системе ППР и ТО приведен практи­
чески для всей номенклатуры используемого в сельском хозяйстве
электрооборудования. В него включены те операции, которые
обеспечивают качественное профилактическое обслуживание. Не­
обходимость выполнения других операций уточняет электротех­
нический персонал при проведении работ.
Трудоемкость нормирована на р а з о в о е техническое обслу­
живание и один текущий ремонт для каждого типа электрообору­
дования в натуральных единицах трудозатрат. С целью сокраще­
ния объема расчетов при планировании работ ЭТС допускается
использовать укрупненные (интегральные) показатели трудоемко­
сти и периодичности выполнения профилактических мероприя­
тий применительно к отдельным машинам и установкам. Приве­
дены интегральные нормативы для основных сельскохозяйствен­
ных машин. На основании дифференцированных или интеграль­
ных нормативов определяют годовую трудоемкость работ путем
суммирования разовых трудоемкостей в соответствии с периодич­
ностью и структурой работ и рассчитывают необходимое число
электромонтеров.
Г о д о в о й трудоемкостью работ по технической эксплуатации
электрооборудования определяют численность и структуру инже­
нерно-технических работников ЭТС в хозяйствах. С этой целью в
системе ППР и ТО даны условные единицы, которые представля­
ют собой отношение усредненных годовых трудоемкостей техни­
ческой эксплуатации различных электроустановок к годовой тру­
доемкости 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 элект­
рооборудования в 2...3 раза и снизить эксплуатационные расходы
на 25...30 %.
Наряду с этим систему ППР и ТО необходимо постоянно со­
вершенствовать, поскольку промышленность поставляет новые и
более надежные виды энергетического оборудования. непоеоывно
технология
ства, накапливаются научные знания и передовой опыт эксплуата­
ции электрооборудования.
К*
Контрольные вопросы и задания
1.
Что такое эксплуатация энергооборудования? 2. Каковы задачи и условия
рациональной эксплуатации энергооборудования в сельском хозяйстве? 3. Рас­
скажите об эксплуатационных свойствах энергетического оборудования. 4. В чем
заключается техническая эксплуатация энергооборудования? 5. Расскажите о сис­
теме ППР и ТО. 6. Что такое структура ремонтного цикла? 7. Перечислите цели
ТО, ТР и КР. 8. Как определяют периодичность ТО и ТР? 9. Назовите виды стра­
тегий технической эксплуатации. 10. Объясните понятие условных единиц в эксп­
луатации.
Раздел II
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Глава 4
ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ВЫБОРА
И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
4.1. ТИПОВЫ Е ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Е ЗАДАЧИ
Цель технической эксплуатации — обеспечить готовность обо­
рудования к применению и его эффективное функционирование.
Для этого используют практический или научный подходы. Пер­
вый служит качественным, а второй — количественным решением
эксплуатационных задач. Выделим типовые эксплуатационные за­
дачи, для решения которых можно применить известные теорети­
ческие положения, и укажем преимущества научного подхода.
Прогнозирование числа отказов. Предприятие имеет известный
парк оборудования. Заданы условия его эксплуатации. Требуется
определить, сколько раз и как часто в течение года будет выходить
оборудование из строя. Ответ получают, используя теорию надеж­
ности, применение которой позволяет учесть особенности обору­
дования и условия эксплуатации. Результат —повышение точнос­
ти расчета в 1,5...3,0 раза.
Расчет периодичности технического обслуживания. Служба сер­
виса должна составить график обслуживания оборудования и за­
нятости исполнителей. Теория надежности позволяет решить за­
дачу по заданному критерию.
Определение продолжительности ремонта. В договоре подряда
служба сервиса должна принять решение о сроке завершения ре­
монта оборудования. Требуется оценить продолжительность ре­
монта с учетом заявок других заказчиков и своих возможностей.
Ответ получают, используя теорию массового обслуживания. Ре­
зультат —наибольшая эффективность службы сервиса.
Формирование группы оперативного обслуживания электрообору­
дования. Для предприятия с заданным парком электрооборудова­
ния требуется определить количество дежурных электромонтеров,
гарантирующих устранение отказов за установленное время. Тео­
рия массового обслуживания позволяет определить оптимальное
количество исполнителей и получить ценную дополнительную
информацию.
Выбор нагрузки электродвигателя (трансформатора). Известно
конкретное оборудование и особенности объекта, на котором его
используют. Требуется определить загрузку по заданному крите­
рию. Теория использования позволяет определить оптимальные
интервалы нагрузки. Результат — снижение удельных затрат на
20...50 % по сравнению с номинальной загрузкой.
Определение резервного фонда оборудования. Предприятие реор­
ганизует службу эксплуатации. Требуется определить, сколько
оборудования следует иметь в резерве. Используя теорию надеж­
ности и теорию массового обслуживания, получают решение с
учетом интересов производства и возможностей ремонтных пред­
приятий. Результат — сокращение простоя производств и затрат
на ремонтный фонд.
Прогнозирование состояния оборудования. Дорогостоящее обору­
дование используют сезонно на ответственном объекте. Требуется
дать гарантию безотказной работы. Способы технического диаг­
ностирования позволяют изучить определенные параметры обору­
дования и оценить его состояние.
Число примеров можно увеличивать, но приведенные примеры
свидетельствуют о широких возможностях применения научных
методов решения эксплуатационных задач.
4.2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОСНОВАМ РАЦИОНАЛЬНОГО ВЫ БОРА
И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Правильный выбор электрооборудования — необходимое усло­
вие его успешной эксплуатации. При проектировании комплекс­
ной электрификации сельского хозяйства электрооборудование
выбирают исходя из требований его качественного функциониро­
вания и наименьших затрат на электрифицированный объект. Од­
нако по некоторым причинам это не всегда обеспечивает высокую
эффективность эксплуатации выбранного электрооборудования.
На стадии проектирования не удается точно предвидеть условия
окружающей среды, в которых будет находиться электрооборудова­
ние, и приходится ориентироваться на средние данные. Они могут
существенно отличаться от фактических условий. Такое же несов­
падение может наблюдаться между расчетными и фактическими
режимами работ, значениями потребляемой мощности, отклонени­
ями напряжения и другими параметрами. Неопределенность исход­
ной информации нарушает правильность выбора.
Кроме того, при проектировании не учитывают неизбежное
ухудшение эксплуатационных свойств электрооборудования и
технологических объектов, на которых его используют. Это осо­
бенно заметно после капитального ремонта техники. Поэтому при
эксплуатации часто возникают задачи проверки выбора электро­
оборудования с учетом конкретных и более точных данных об ус%
ловиях эксплуатации. Такая проверка обязательна для ответствен­
ных объектов, у которых погрешности выбора вызывают большой
технологический ущерб.
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 вы­
боре 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 рав­
ны) фактическим значениям соответствующих величин при эксп­
луатации. Например, асинхронный электродвигатель выбирают
по мощности на основании условия Рн > Рф, где Рн, Рф —номи­
нальное и фактическое значения мощности выбранного электро­
двигателя.
Принцип оптимизации основан на изучении вариантов возмож­
ных решений и выборе такого электрооборудования, которое
обеспечивает наилучший результат электрификации объекта или
процесса. При этом критерием оптимальности могут быть техни­
ческие параметры и экономические критерии.
4.3. ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ПО ТЕХНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
Основные технические характеристики, учитываемые при вы­
боре электрооборудования: климатическое исполнение и катего­
рия размещения; степень защищенности от попадания посторон­
них предметов и влаги; номинальные параметры (напряжение,
ток, мощность, частота вращения и т. д.); дополнительные пара­
метры (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 климатичес­
ком 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 макрокл и магических районов: У — с умеренным климатом; ХЛ —с хо­
лодным 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 производствен­
ных условиях выпускают электрооборудование сельскохозяй­
ственного (С) и химостойкого (X) исполнения.
Категории размещения электрооборудования обозначают следу­
ющими 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 воз­
действия солнечной радиации и атмосферных осадков на изде­
лие); 3 —для работы в закрытых помещениях с естественной вен­
тиляцией без искусственно регулируемых климатических условий,
где колебания температуры и влажности воздуха, воздействие пес­
ка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе; 4 —для
работы в помещениях с искусственно регулируемыми климати­
ческими условиями; 5 —для работы в помещениях с повышенной
влажностью.
Электротехнические изделия сельскохозяйственного назначе­
ния согласно ГОСТ 19348-82 должны быть изготовлены в клима­
тическом исполнении У. К макроклиматическим районам с уме­
ренным климатом относят районы, где средняя из ежегодных аб­
солютных максимумов температуры воздуха равна плюс 40 °С или
ниже, а средняя из ежегодных абсолютных минимумов температу­
ры воздуха равна минус 45 °С или выше.
Выбор по степени защиты. Степень защиты от соприкоснове­
ния с токоведущими или движущимися частями, находящимися
внутри корпуса электротехнических изделий, от попадания по­
сторонних предметов и проникновения в корпус влаги в соответ­
ствии с ГОСТ 14254-96 условно характеризуют буквами 1Р и дву­
мя цифрами (например, 1Р23,1Р54 и т. п.). Эти обозначения про­
ставляют на корпусах изделий или на табличках с паспортными
данными.
Первая цифра после 1Р обозначает степень защиты от сопри­
косновения 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 назначе­
ния согласно ГОСТ 19348-82 должны иметь степень защиты 1Р23,
1Р30, 1Р31, 1Р41, 1Р44, 1Р51, 1Р54 и 1Р55. Кожухи вентиляторов
охлаждения электродвигателей должны иметь степень защиты не
ниже 1Р20. Рекомендации для выбора электрооборудования по ус­
ловиям окружающей среды регламентированы в руководящих тех­
нических материалах РТМ 105/23/46/70/16-0-153-81.
Выбор по напряжению. В сельском хозяйстве е основном приме­
няют 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 Рнпв и мощности,
потребляемой рабочей машиной или рабочим органом машины,
/*м. Решающее значение при этом имеет характер нагрузочной ди­
аграммы 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 по­
стоянной мощности, которая эквивалентна фактической перемен­
ной по нагреву двигателя (этому условию удовлетворяет средне­
квадратичная мощность).
Зная расчетную мощность машины (Ррм) (фактическую, сред­
нюю или среднеквадратичную), по каталогу выбирают электро­
двигатель стандартной мощности (Рндв), имеющий мощность,
ближайшую большую по сравнению с расчетной. В общем случае
условие выбора имеет вид РН]№> Рр м. Выбранный двигатель про­
веряют на перегрузочную способность, на возможность пуска, по
частоте пусковых операций.
Электрические аппараты (рубильники, автоматические выклю­
чатели и магнитные пускатели) выбирают по току главных кон­
тактов из условия
1н1—1раб»
(4 .1 )
где / ш-— номинальный ток /-го аппарата; /рав — рабочий ток коммутируемой цепи.
Кроме этого, аппараты выбирают по току устройств защиты из
условия /нз, > &,7раб, где к; — отношение номинального тока плав­
кой вставки или уставки защиты к рабочему току защищаемой
цепи.
Электронагревательные установки (ЭНУ) выбирают по мощно­
сти из условия Рнэну ^ / ’рэну» где Рнэну — номинальная мощность
ЭНУ; / ’рэну ~ расчетная мощность ЭНУ. Расчетную мощность
определяют из уравнения теплового баланса помещения или тех­
нологического процесса.
4.4. ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ПО ЭКО НО М ИЧЕСКИМ КРИТЕРИЯМ
Электротехническая промышленность выпускает большое чис­
ло исполнений и типоразмеров взаимозаменяемых видов электро­
оборудования. Выбирая его по техническим характеристикам,
можно найти несколько вариантов изделий, удовлетворяющих од49
4 Ерошснко Г. П. и др.
ним и тем же исходным данным. Задача выбора по техническим
характеристикам имеет несколько решений. Чтобы среди равно­
ценных по техническим возможностям решений найти оптималь­
ный вариант, применяют выбор электрооборудования по эконо­
мическим критериям.
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 необ­
ходимо рассматривать совокупность элементов, названную ранее
системой И—Э—Т—С.
Исходные данные, характеризующие элементы системы, раз­
деляют на четыре группы: 1 — условия электроснабжения (мощ­
ность потребительской подстанции, длина и марка проводов
низковольтной линии и т. п.); 2 — условия использования (на­
значение привода, эквивалентная мощность и частота вращения
рабочего органа машины, занятость в течение суток и года, допу­
стимая продолжительность простоя из-за отказа, размер техно­
логического ущерба и т. п.); 3 —дестабилизирующие воздействия
(климатические условия, характер окружающей среды, интен­
сивность и структура аварийных режимов и т. п.); 4 — показатели
технической эксплуатации (затраты на обслуживание, интенсив­
ность отказов, фактическая продолжительность устранения отка­
зов и т. п.).
Выбор электрооборудования по исполнению. Пусть первоначаль­
но для электропривода рабочей машины выбран электродвигатель
общего назначения. Требуется определить по критерию приведен­
ных затрат экономическую целесообразность применения на этой
машине двигателя такой же мощности, но сельскохозяйственного
исполнения.
В первом варианте двигатель имеет балансовую стоимость Ки
годовые затраты на его капитальный ремонт ЗреМь технологичес­
кий ущерб У[. Во втором варианте стоимость двигателя возрастет
до К2 (из-за более надежного исполнения), но затраты на капи­
тальный ремонт и размер ущерба снизятся соответственно до З рсМ2
и У2- Прочие составляющие приведенных затрат сравниваемых ва­
риантов можно принять одинаковыми — Зпр.
С учетом изложенного запишем уравнения приведенных затрат
рассматриваемых вариантов:
3, | ЕКХ+ Зрем1 + У, + Зпр;
(4.2)
32 = ЕК2 + Зрем2 + У2 + Зпр,
где Е =
+ Е^н — суммарный коэффициент нормативных и реновационных
отчислении.
Комплектование электропривода двигателем сельскохозяй­
ственного исполнения будет оправдано, если приведенные затра­
ты на второй вариант будут меньше, чем на первый, 32 —З 1 < 0.
Подставим в это равенство уравнения (4.2) и после преобразо­
вания получим искомое условие выбора двигателя сельскохозяй­
ственного исполнения:
Кг - к х< [(Зрем1 + У ,)- (Зрем2 + Уд\Е-К
(4.3)
Отсюда видно, что двигатель сельскохозяйственного исполне­
ния целесообразно применять только тогда, когда дополнитель­
ные затраты на приобретение и установку меньше экономии зат­
рат на его капитальный ремонт и покрытие ущерба, достигаемой
за расчетный срок
Грасч=^ = 0,15+0,06 =5ЛСТ'
Чтобы обобщить условие (4.3), выразим годовые затраты на ка­
питальный ремонт через интенсивности отказов рассматриваемых
двигателей X], Х2 и стоимости одного капитального ремонта в со­
ответствующих вариантах /Сремь ^рем2 с учетом того, что
Зрсм1 =^ 1^ремь Зрсм2 = ^-2^рем2- Благодаря более совершенному ис­
полнению второго двигателя его отказы снизятся на величину р.
Тогда получим связь показателей надежности = Х|(1 —р).
Принимая допущение, что
—К^ м2, из выражения
(4.3) находим обобщенное условие выбора исполнения электро­
оборудования по экономическому критерию
К г~К \ < РМ1+У*)
Кх
Е
’
(4 4)
где у* = У/Крсн — относительный технологический ущерб, приходящийся на один
отказ электрооборудования (У — стоимость технологического ущерба при отказе;
Крсы — стоимость капитального ремонта электрооборудования, вызывающего про­
стой технологического процесса).
Целесообразность применения более совершенного электро­
оборудования зависит не только от параметров окружающей сре­
ды, но и от интенсивности отказов электрооборудования базового
исполнения, доли отказов, устраняемых за счет более совершен­
ного изделия, и от ответственности электроустановки по размеру
технологического ущерба. Для выбора исполнения по экономи­
ческому критерию необходимо определить по (4.4) допустимое
удорожание электрооборудования нового исполнения и сравнить
с фактическим (прейскурантным). Если оно не больше допусти -
мого, то целесообразно выбрать электрооборудование более со­
вершенного исполнения.
На основании расчетов по условию (4.4) показано, что при­
менение двигателей сельскохозяйственного исполнения эконо­
мически оправдано при любых сочетаниях и р на ответствен­
ных рабочих машинах, имеющих у* > 1,0. На объектах с малым
технологическим ущербом их целесообразно применять лишь
при большой общей интенсивности отказов (Х1 >0,1), в числе
которых более 30 % приходится на отказы из-за увлажнения
изоляции.
Выбор электрооборудования по мощности. При помощи кри­
терия приведенных затрат можно более точно решать задачи
выбора мощности электрооборудования. Известно, что при
выборе по техническим характеристикам принимают электро­
оборудование, номинальная мощность которого больше или
равна расчетной мощности, то есть приближенно. Для элект­
рооборудования массового применения, например двигателей,
погрешности выбора приводят к большому суммарному ущер­
бу (применение двигателей заниженной мощности снижает
его надежность и ограничивает производительность рабочей
машины, а использование двигателей завышенной мощности
ухудшает его энергетические показатели и удорожает электро­
привод).
Экономический критерий позволяет более точно указать целе­
сообразный диапазон нагрузок для каждого типоразмера электро­
оборудования, эти диапазоны называют экономическими интерва­
лами нагрузок. Их определяют путем исследования системы уравне­
ний приведенных затрат, составленных для каждого типоразмера
электрооборудования с учетом ожидаемых условий эксплуатации.
Условие выбора имеет вид Рэ н < Р ^ <Рэв, где Рэ н, Рэ в —соответ­
ственно нижняя и верхняя граница экономических интервалов на­
грузок для двигателя (трансформатора) с номинальной мощностью,
Ррасч —расчетная нагрузка.
Метод определения экономических интервалов нагрузок осно­
ван на сравнении приведенных затрат на единицу наработки
смежных по мощности двигателей (трансформаторов) из всей
шкалы их типоразмеров. Абсолютные границы экономических
интервалов нагрузок определяют точками пересечения кривых
приведенных затрат, т. е. на экономическом интервале нагрузок
данный двигатель имеет среди всех типоразмеров наименьшее
значение приведенных затрат.
В таблице 4.1 приведены экономические интервалы нагрузок
двигателей серии 4А, найденные при помощи ЭВМ для условий
сельскохозяйственного производства.
Номинальная
мощность
электродвигателей,
кВт
1,1
1,5
2,2
3,0
4,0
5,5
7,5
11,0
15,0
18,5
22,0
Условия эксплуатации
легкие
нормальные
тяжелые
0,60 1,10
1,11
1,50
1,51 2,20
2,21 3,00
3,10 4,00
4,10 5,50
5,60 7,50
7,51....11,0
11,10....15,0
15,10_18,5
18,60....22,0
0,50 1,00
1,01
1,40
1,41, ,1,95
1,96 2,70
2,71 3,70
3,71 5,20
5,21 6,30
6,31....10,00
10,10....13,50
13,60....17,00
17,10....20,00
0,45 0,95
0,96
1,30
1,31. .1,90
1,91. 2,60
2,61 3,50
3,51. 5,00
5,01 6,00
6,01 9,20
9,21.. ..12,50
12,51. ...16,00
16,01. ...19,00
П р и м е ч а н и е . По классификации ВИЭСХ при легких условиях эксплуатации
нет повышенной влажности, химически активной среды, запыленности, вибра­
ции и резких суточных колебаний температуры; при нормальных условиях дей­
ствует один из перечисленных факторов; при тяжелых — действуют два и более
фактора.
Границы экономических интервалов нагрузок трансформаторов
приведены в руководящих материалах по проектированию электро­
снабжения сельского хозяйства (РУМ), разработанных для пяти зон
стран СНГ: Центр, Северный Казахстан, Средняя Азия, Сибирь и
Дальний Восток. В таблице 4.2 указаны интервалы нагрузок для
трансформаторов, эксплуатируемых в Центральной зоне.
4.2. Экономические интервалы нагрузок трансформаторов 6...10/0,4 кВ, кВ • А
Вид нагрузки потребителя и потребитель
Коммунально-бытовая
Производственная
Смешанная
Птицефабрика
Молочнотоварная ферма (комплекс)
Свинотоварная ферма (комплекс)
Теплица на электрообогреве
Зерноочистительный ток
Номинальная мощность трансформаторов, кВ *А
до
до
до
до
до
до
до
V----■
ДО
45
45
50
45
45
50
55
65
76.. 120
86.. 125
86.. 115
86.. 115
86.. 115
91... 125
96.. 130
111. ..155
151., .315
161. .320
151. .295
151. .295
146. .300
151. .295
171. .360
206. .405
346
356
331
331
331
331
401
451
..630
..620
.565
..550
..570
..560
..740
..820
П р и м е ч а н и е . Для трансформатора мощностью 4 0 кВ • А интервалы нагрузок
принимают между указанными для 25 и 63 кВ • А, для 100 кВ • А — между 63 и
160 кВ • А и т. д. При выборе мощности необходимо учитывать коэффициент сис­
тематической перегрузки (Л^= 1,3...1,7).
При помощи экономических интервалов нагрузок выбирают
марки проводов для воздушных линий. Примерные интервалы для
четырехпроводных воздушных линий 0,38 кВ имеют следующие
значения: провод А25 — 3,7...15; А35 — 15...21; А50 — 21...30 кВА.
4.5. ВЫБОР ТИПА ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
При эксплуатации электроприводов возникают различные ава­
рийные ситуации, основные из которых — технологические пере­
грузки, неполнофазное (несимметричное) питание, затормажива­
ние (заклинивание) ротора, увлажнение изоляции и нарушение
условий охлаждения. Чтобы в этих случаях не допустить выхода из
строя двигателя, его своевременно отключают от сети при помощи
устройства защиты двигателя.
Технологические перегрузки — перегрузки, возникающие в про­
цессе работы электродвигателя, приводят к увеличению темпера­
туры изоляции обмоток выше предельно допустимого значения
(для соответствующего класса изоляции), не вызывают момен­
тального пробоя изоляции обмотки электродвигателя, но влекут
за собой ускоренное старение, постепенное разрушение и преж­
девременный выход из строя изоляции обмотки.
Неполнофазное питание (потеря фазы) возникает в случае пере­
горания одного из предохранителей, обрыва провода питающей
сети, нарушения контактных соединений. При этом происходит
перераспределение токов и напряжений электродвигателя, кото­
рое и приводит к его отказу. В зависимости от схемы обмоток, сте­
пени загрузки и места обрыва фазы может наступить или останов­
ка ротора электродвигателя, или же он будет продолжать работать,
но по его обмотке будут протекать повышенные токи.
Особенно чувствительны к неполнофазному питанию электро­
двигатели малой и средней мощности. Если для двигателей мощ­
ностью более 20 кВт опасность разрушения обмотки статора воз­
никает при нагрузке более 50 % номинальной, то для двигателей
меньшей мощности — начиная с нагрузки 25 %.
Затормаживание ротора вызывает самый тяжелый аварийный
режим двигателей, возникает из-за разрушения подшипников,
заклинивания рабочей машины, примерзания рабочих органов
машины и т. д. Затормаживание ротора может происходить как во
время пуска, так и во время работы двигателя. При затормажива­
нии ротора по обмоткам двигателя протекают повышенные (пус­
ковые) токи, при которых скорость нагрева обмотки достигает
7...10 ’С/с, и поэтому через 10...15 с температура обмотки достига­
ет предельно допустимых значений. Чем меньше постоянная вре­
мени нагрева электродвигателя, тем выше температура обмотки
при одинаковой продолжительности этого режима и кратности
пускового тока. Поэтому режим с заторможенным ротором пред­
ставляет наибольшую опасность для электродвигателей малой и
средней мощности, так как у них постоянная времени нагрева
меньше постоянной времени нагрева крупных электродвигателей.
Защитные устройства. Основное требование, предъявляемое к
защитным устройствам, —не допускать перегрева статорной об­
мотки сверх допустимого значения при перегрузках двигателя и
тем самым предохранять изоляцию обмотки от ускоренного изно­
са. При этом отключение электродвигателя при перегрузках долж­
но происходить при температуре обмотки, близкой к допустимой,
чтобы по возможности более полно использовать перегрузочную
способность электродвигателя.
В связи с переводом сельскохозяйственного производства на
промышленную основу защитные устройства должны обеспечи­
вать непрерывность производства, т. е. исключать ложные отклю­
чения при появлении кратковременных перегрузок, не представ­
ляющих опасности для электродвигателей. Кроме того, защитные
устройства должны иметь достаточное быстродействие и мини­
мальное время возврата после срабатывания, надежно работать в
реальных условиях сельскохозяйственного производства, быть
универсальными и удобными в эксплуатации.
Известно много типов (вариантов) защиты.
По назначению их можно разделить на три группы.
П е р в а я г р у п п а — специальные устройства, которые реаги­
руют на отдельный, специально контролируемый (основной) ава­
рийный режим. Эго устройства, отключающие двигатель при не­
полнофазном и несимметричном напряжении сети; при заторма­
живании ротора; при недопустимом снижении сопротивления
изоляции.
В т о р а я г р у п п а —универсальные устройства, которые реа­
гируют на несколько аварийных режимов, контролируя один па­
раметр двигателя.
Т р е т ь я г р у п п а — комплексные устройства, которые реаги­
руют на все аварийные режимы, контролируя несколько парамет­
ров двигателя.
По параметру, контролируемому чувствительным (измеритель­
ным) органом устройства, все защиты можно разделить на токо­
вые, тепловые, температурные, фазовые, защиты по напряжению
и комплексные.
Выбор типа защиты по техническим характеристикам. Для защи­
ты необходимо выявить структуру аварийных режимов, ожидае­
мых у конкретного электропривода, и подобрать такое устройство,
которое наиболее полно реагирует на вероятные аварийные ситуа­
ции. Каждый тип защиты имеет следующие рациональные облас­
ти применения. Для защиты двигателей, используемых с постоян­
ной или мало изменяющейся нагрузкой, следует применять теп­
ловые реле. Для двигателей с длительной постоянной нагрузкой
(вентиляторы, насосы и т. п.) — фазочувствительные устройства
защиты. Двигатели, используемые в пыльных помещениях или
имеющие резкопеременную нагрузку (дробилки, измельчители,
лесопилки) либо частые пуски (дозаторы), должны снабжаться ус­
тройствами встроенной температурной защиты.
Выбор типа защиты по экономическому критерию. Для защиты
электроустановок от одного и того же аварийного режима можно
использовать разнообразные устройства. Например, защиту дви­
гателя от перегрузки можно осуществить при помощи теплового
реле, устройства встроенной температурной защиты и других ап­
паратов. Они имеют различные функциональные возможности и
стоимости. Выбор по экономическому критерию состоит в том,
чтобы найти такое устройство защиты, дополнительные затраты
на которое компенсируются достигаемым снижением затрат на
капитальный ремонт защищаемого электрооборудования и техно­
логического ущерба.
Как и при выборе электрооборудования по исполнению, запи­
шем уравнения приведенных затрат для двух сравниваемых вари­
антов защиты:
3, = ЕК\ + Х,А'рем(1 + у*) + 3 ^ ;
32 - ЕК2 + Я2АГреМ(1 + у*) + Зпр,
где Е = ^норм + ^рен — суммарный коэффициент нормативных и реновационных
отчислении, Е = 0,25...0,28; К\,
— балансовые стоимости электроустановок с
различными вариантами защиты; Х|,
— интенсивности отказов при сравнивае­
мых защитах; А^еМ— затраты на устранение одного отказа (ремонт); у* — относи­
тельный технологический ущерб; Зпр — прочие эксплуатационные затраты.
Исследуя эти уравнения по ранее рассмотренной методике вы­
бора исполнения двигателя (см. подраздел 4.4), находим условие
выбора устройства защиты по экономическому критерию
(Х,-Х2)(1+у*)
Е
(4.5)
где Лзащ, Кав — стоимость устройства защиты и двигателя.
Таким образом, экономически выгодно применять такое уст­
ройство, фактическая относительная стоимость которого не пре­
вышает допустимую по условию (4.5). Анализ показал, что для
неответственных электроприводов (у* < 0,5) с двигателями мощно­
стью от 1 кВт и более экономически оправдано применение самых
простых и дешевых устройств. Для ответственных электроприводов
(у* > 0,5) лимитные цены этих устройств могут быть увеличены со­
ответственно в 4...5 раз. Порядок выбора типа защиты регламенти­
рован отраслевым стандартом «Методика выбора элементов пуско­
регулирующей и защитной аппаратуры электроприводов сельско­
хозяйственных машин» (РТМ 105/23/46/70/16-0-164).
4.6. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Эффективность использования электрооборудования оценива­
ют по суммарным затратам на единицу наработки, она зависит от
многих факторов. Большое влияние на нее оказывает степень заг­
рузки электрооборудования. Актуальность правильного выбора
степени загрузки возрастает в связи с широким применением ав­
томатизированных электроприводов в сельскохозяйственном
производстве.
Для электроприводов зависимость критерия эффективности
от степени загрузки имеет сложный нелинейный характер. При
малой степени загрузки электропривод имеет низкие значения
КПД и со8 <р. Увеличение степени загрузки приводит к улучшению
энергетических показателей, но при этом возникают отрицатель­
ные последствия —перегрев и снижение надежности двигателя.
Лишь при оптимальной степени загрузки суммарные затраты дос­
тигают наименьшего значения, а эффективность эксплуатации
электропривода будет наивысшей. В соответствии с повсемест­
ным применением двигателей даже незначительные погрешнос­
ти выбора их степени загрузки приводят к большому экономи­
ческому ущербу.
Задача обоснования оптимальной степени загрузки электро­
оборудования — выявить и сравнить положительные и отрица­
тельные последствия, возникающие при увеличении загрузки, и
выбрать такую степень загрузки, при которой можно получить
наилучшее значение критерия эффективности эксплуатации. В ча­
стном случае таким критерием служат суммарные потери дви­
гателя.
Оптимизация степени загрузки двигателя по суммарным потерям.
Степень загрузки выражают через коэффициент р. В теории
электрических машин установлено, что суммарные потери дви­
гателя имеют наименьшее значение при коэффициенте загрузки
Р = Рф/Р н, равном корню квадратному из отношения потерь дви­
гателя:
(4.6)
где р^х, рк, — потери холостого хода (постоянные) и короткого замыкания (пере­
менные), о. е.
Полученный по (4.6) результат (Р) — итог решения частной за­
дачи, в которой не приняты во внимание потери в системе элект­
роснабжения. С целью более точного учета реальных факторов
объектом изучения при оптимизации степени загрузки должен
быть не только двигатель, но и система И—Э—Т—С. Комплекс -
ный учет характеристик двигателя и системы сельского электро­
снабжения отражен в оптимальном коэффициенте загрузки:
где с — коэффициент увеличения потерь за счет системы электроснабжения
(с = 1, 1—1, 2 ); Кр — эквивалент реактивной мощности, показывающий значе­
ние активных потерь в сетях от каждого квар реактивной мощности двигателя
(Ар = 0,12...0 ,18 кВт/квар);
<?к.3 — реактивные мощности холостого хода
(намагничивания) и короткого замыкания (рассеивания), о.е.
Реактивная мощность намагничивания двигателя больше его
мощности рассеивания и поэтому всегда (3опт > р. Оптимальная
степень загрузки по критерию минимума потерь в системе И—Э—
Т—С всегда больше степени загрузки, оптимизирующей лишь
КПД двигателя. Расчеты выявляют заметное отличие результатов
оптимизации по разным критериям (Р = 0 ,7...0 , 8; ропт = 0,80...0,95)
и подтверждают, что полный учет реальных факторов эксплуата­
ции позволяет уточнить итоги оптимизации.
Вместе с тем следует отметить высокую устойчивость энергети­
ческих свойств асинхронных двигателей при изменении их степе­
ни загрузки. Отступления от оптимума в пределах ±30 % приводят
к увеличению потерь не более чем на 7 % от минимального уров­
ня. Лишь при уменьшении степени загрузки ниже 40 % можно на­
блюдать интенсивное снижение КПД. Для кардинального умень­
шения потерь энергии, обусловленных электроприводами, важно
не только правильно выбирать степень загрузки при эксплуатации
двигателей, но и увеличивать номинальный КПД на стадии их
разработки и внедрять компенсацию реактивной мощности. Спо­
собы снижения потерь эффективны для сельскохозяйственных
электроприводов в связи с низким КПД сельской системы элект­
роснабжения из-за большой ее протяженности и четырех—шести­
кратной трансформации электроэнергии.
Оптимизация степени загрузки двигателя по надежности. Влия­
ние степени загрузки на надежность двигателя проявляется в
том, что с ее ростом увеличивается температура нагрева изоля­
ции и сокращается срок службы двигателя (увеличение темпера­
туры на каждые 8...10°С сокращает срок службы изоляции
вдвое). Снижение же степени загрузки приводит к увеличению
стоимости электропривода. Поэтому оптимальную по надежности
степень загрузки выбирают по экономическим показателям систе­
мы И—Э—Т— С с использованием коэффициента загрузки Э3 (ин­
декс «з» — затраты). Критерием эффективности служат приве­
денные затраты з на единицу наработки двигателя. Они вюпоча-
■
ют три составляющие: отчисления от балансовой стоимости элек­
тропривода, затраты на его обслуживание, капитальный ремонт и
технологический ущерб:
З^ЯЯщчРГ1+ ЯгЭГ* + Орем( 1+ У Ч 0 Г
1,
( 4 -8 >
где Е — суммарный коэффициент отчислений; а ^ ,
арсм — удельные показатели
отчислений и затрат на техническое обслуживание, ремонт, руб/(кВт *ч); у* — от­
носительный технологический ущерб; р* — оптимальный коэффициент загрузки;
л—1 — показатель, характеризующий влияние загрузки на интенсивность отказов
двигателя.
Чтобы определить оптимальный коэффициент загрузки, вы­
числим первую производную критерия (4.8) по & и решим следу­
ющее уравнение:
®
* *"•
' Л-2
_
/1 .
_\0/1—2
(ДЗотч+Яг)Рз + Орем0+У*)(1-л)Эз
=0
В результате находим уравнение оптимального коэффициента
загрузки двигателя по критерию надежности
р = „ — Еа™ +ат----
(4.9)
Из полученной зависимости видно: чем дороже приобретение
и обслуживание двигателя, тем выше его оптимальный коэффи­
циент загрузки, но с ростом технологического ущерба и затрат на
капитальный ремонт он снижается. Например, у двигателя приво­
да вакуумного насоса доильной установки, имеющей у* = 5, опти­
мальный коэффициент загрузки в 1,4 раза меньше, чем у двигате­
ля привода транспортера для уборки животноводческих помеще­
ний, для которого у* —0,3.
Коэффициент загрузки двигателя, оптимальный по потерям
энергии — Рот-, может не совпадать с коэффициентом загрузки,
оптимальным по надежности — (З3. Для двигателей, используемых
на неответственных по технологическому ущербу объектах
(у* < 0,5), отдают предпочтение критерию потерь энергии. Когда
отказ двигателя вызывает большой технологический ущерб —при­
нимают критерий надежности. В тех случаях, когда нельзя отнести
двигатель к первой или второй группе, выбирают коэффициент
загрузки Р между значениями ропг и Р,.
Экономичные режимы работы трансформаторов. Для повышения
надежности электроснабжения ответственных потребителей на
сельских подстанциях устанавливают несколько трансформато­
ров, которые чаще всего работают на общие шины при неравно­
мерном графике нагрузки. Число одновременно работающих
трансформаторов влияет на экономичность их использования и
стоимость потерь энергии в них. Очевидно, что по мере снижения
нагрузки часть трансформаторов можно отключить и тем самым
сократить потери энергии. Определим условия выбора оптималь­
ного варианта включения двух трансформаторов на параллельную
работу при изменении их нагрузки. Чтобы найти предельную
мощность нагрузки, при которой надо изменять схему, приравня­
ем стоимость годовых потерь энергии в одном и двух трансформа­
торах одинаковой номинальной мощности »$*, при одной и той же
искомой оптимальной (предельной) нагрузке ,5^,:
где Рхх, /*кз — активные потери холостого хода и короткого замыкания; З*.*,
—
приведенные затраты на потери энергии при числе часов потерь соответственно
8760 и х.
Отсюда
(4.10)
При увеличении нагрузки выше расчетной целесообразно
включить оба трансформатора, а при понижении — один. Для
трансформаторов напряжением 35/10 кВ номинальной мощнос­
тью от 1 до 6,3 МВ • А и при средних соотношениях параметров,
входящих в выражение (4.10), предельная нагрузка составляет
примерно 100... 110 % номинальной мощности одного трансфор­
матора.
Однако приведенный пример не учитывает, что и на передачу
реактивной мощности также затрачивается активная мощность.
Поэтому при определении наиболее выгодного по потерям числа
параллельно работающих трансформаторов реактивные потери
переводят в активные, как и при анализе нагрузки двигателей пу­
тем умножения реактивной мощности потерь на экономический
эквивалент к^.
где п — число трансформаторов; Рх х, РКЗ — активные мощности холостого хода и
короткого замыкания; Ар — экономический эквивалент ^для трансформаторов
распределительных сетей 6...10кВ Лр= 0,15 и для 35...110кВ ^ = 0,08); 0 ХХ, (?кз —
реактивные мощности холостого хода и короткого замыкания; р — коэффициент
загрузки.
Учитывая (4.11), на подстанциях с трансформаторами одинако­
вой мощности и конструкции число одновременно включенных
трансформаторов можно определить следующими неравенствами:
при возрастании нагрузки выгодно к п параллельно работающим
трансформаторам подключить еще один трансформатор, если
суммарная мощность нагрузки 5%удовлетворяет условию
)(” + 1 ) ( Рх.х+ М ? х .х )
1
|
( 4 .1 2 )
* ( ^ 3+М 2, Х)
При убывании мощности нагрузки, наоборот, целесообразно
отключить один из трансформаторов, если
ГП 1)(/}х,+^ра , )
I «(^з+*р 0 с )
(4.13)
Реактивные потери мощности
п =1ы- С • п
с
Ухл 100 н’ кз 100 н’
где /*_х, икз — ток холостого хода и напряжение короткого замыкания от соответ­
ствующих номинальных параметров, %.
Для трансформаторов различной мощности такую задачу обыч­
но решают графическим методом.
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите типовые эксплуатационные задачи. 2. В чем заключается
принцип ограничения и оптимизации при выборе электрооборудования? 3. Как
выбирают электрооборудование по техническим характеристикам? 4. Как выбира­
ют электрооборудование по экономическому критерию? 5. Перечислите особен­
ности выбора электрооборудования по мощности. 6 . Как выбирают тип защиты
электродвигателей по техническим характеристикам? 7. Как выбирают тип защи­
ты электродвигателя по экономическому критерию? 8. Опишите методику опти­
мизации режимов работы электрооборудования. 9. Как определяют число парал­
лельно работающих трансформаторов?
Глава 5
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ
5.1.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ
В процессе эксплуатации оборудование переходит многократ­
но из одного состояния в другое, как показано на рисунке 5.1. Со­
стояния 1 и 2 определяются технологическими особенностями
оборудования. Например, в сельском хозяйстве, наряду с кругло­
годичным использованием, часто наблюдается сезонная заня­
тость. Продолжительность хранения и использования достаточно
точно определяется производственными характеристиками обо­
рудования.
Частота перехода оборудования из состояния 2 в состояние 3 и
продолжительность пребывания в ремонте заранее неизвестны.
Также нельзя сразу определить частоту перехода в состояние 4. Но
без этих данных нельзя организовать рациональное техническое
обслуживание или его ремонт. Такие сведения позволяют полу­
чить методы теории надежности.
Во всех сферах деятельности и общения у человека возникает
потребность оценить успешность своих действий. В таких ситуа­
циях возникает интуитивное представление о надежности как об
уверенности в осуществлении своих замыслов. Наука о надежнос­
ти исключает произвольные толкования, заменяя их четкими по­
нятиями, определениями, и устанавливает количественное описа­
ние свойств надежности.
Надежность — свойство объекта сохранять во времени в уста­
новленных пределах значения всех параметров, характеризующих
способность выполнять требуемые функции в заданных режимах
и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов,
хранения и транспортировки (ГОСТ 27.002-86). Можно сказать,
Ремонтопригодность
1
Занятость
Исправное
состояние
Хранение
3
2
Исправное
состояние
Неисправное
состояние
4
Неисправное
состояние
Использование
Ремонт
Списание
Безотказность
{долговечность!
Сохраняемость
Рис. 5.1. Модель состояния оборудования
что надежность характеризует способность объекта сохранять свои
первоначальные качества в процессе эксплуатации.
Теория надежности возникла на стыке ряда научных дисцип­
лин: теории вероятностей и случайных процессов, математичес­
кой логики, технической диагностики и др. Она изучает законо­
мерности изменения показателей качества объектов с течением
времени, а также физическую природу этих изменений. В тео­
рии надежности сложное явление изменчивости изучают путем
использования идеализированных понятий о состояниях, свой­
ствах и событиях и т. п. Приближенная замена реальных явле­
ний и объектов идеализированными моделями позволяет уста­
новить количественные связи между интересующими показате­
лями и определить эти показатели с достаточной для практики
точностью.
Способность объекта выполнять требуемые функции оценива­
ют несколькими состояниями, в пределах которых параметры
объекта остаются постоянными.
Исправность —состояние объекта, при котором он соответ­
ствует всем установленным требованиям.
Неисправность —состояние объекта, при котором он не соот­
ветствует хотя бы одному из указанных требований.
Работоспособность —состояние соответствия установленным
требованиям тех параметров, которые характеризуют способность
выполнять указанные функции.
Неработоспособность — состояние, при котором хотя бы один
параметр работоспособности не соответствует установленным тре­
бованиям.
Предельное состояние —состояние объекта, при котором его
дальнейшая эксплуатация недопустима по условиям безопасности
или нецелесообразна по экономическим критериям.
Центральным понятием теории надежности служит отказ —со­
бытие, заключающееся в потере работоспособности, т. е. переход
из работоспособного в неработоспособное состояние. Различают
внезапные и постепенные, полные и частичные отказы.
Внезапные отказы наступают неожиданно, мгновенно из-за
внезапной концентрации нагрузки или аварийной ситуации.
Постепенные отказы возникают под действием постепенного
изменения свойств объектов, старения или износа деталей.
Полный отказ приводит к полной потере работоспособности, а
частичный —лишь к утрате отдельных функций объекта.
Объект (в теории надежности) — предмет определенного целе­
вого назначения, в жизненном цикле которого выделяют стадии
проектирования, изготовления и эксплуатации. Объектом может
быть система или элемент.
Система — это совокупность взаимосвязанных устройств,
предназначенная для самостоятельного достижения некоторой
цели.
Элемент — часть системы, которая способна выполнять неко­
торые локальные функции системы.
Представление объекта в виде системы или элемента зависит от
постановки задачи и является условной процедурой. Например,
при изучении надежности парка электрооборудования предприя­
тия электропривод рассматривают как элемент, а в других случаях
как систему, в которой выделяют ряд элементов (пусковую аппа­
ратуру, устройство защиты, двигатель и т. д.).
В свою очередь элементы и системы, допускающие восстанов­
ление работоспособности после отказа, называют восстанавливае­
мыми, а в противном случае — невосстанавливаемыми (неремонтируемыми). К первому виду относят, например, трансформаторы
и двигатели, а к второму — электроосветительные лампы и трубча­
тые нагреватели. Таким образом, элементы (системы), изучаемые
в теории надежности, имеют три главных признака, характеризу­
ющих: природу отказов (внезапные и постепенные); виды отказов
по их последствиям (полные и частичные); приспособленность к
ремонту (ремонтируемые и неремонтируемые).
В зависимости от сочетания этих признаков элементы (сис­
темы) разделяют на простые и сложные. П р о с т ы м считают
элемент, который имеет внезапные полные отказы, поэтому не
Подлежит ремонту. С л о ж н ы й элемент имеет наряду с пере­
численными и ряд дополнительных признаков, т. е. он имеет
внезапные и постепенные отказы (или только постепенные),
отказы могут быть частичными, их последствия устраняют в
процессе ремонта.
При изучении надежности объекта как способности сохранять
свои параметры в процессе эксплуатации возникает необходи­
мость оценить стабильность этих параметров на разных этапах эк­
сплуатации, приспособленность к ремонту и рад других призна­
ков. Поэтому надежность — сложное, комплексное свойство объек­
та, включающее рад более простых свойств (в отдельности или в
определенном сочетании) (ГОСТ 27.002-86):
безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять рабо­
тоспособность в течение некоторого времени или наработки;
долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность
объекта до наступления предельного состояния при установлен­
ной системе технического обслуживания и ремонта;
ремонтопригодность — приспособленность к предупреждению
и обнаружению причин возникновения отказов (повреждений), к
поддержанию и восстановлению работоспособного состояния пу­
тем проведения технического обслуживания и ремонтов;
сохраняемость — свойство объекта сохранять значения показа­
телей безотказности, долговечности и ремонтопригодности во
время хранения или транспортировки;
устойчивость — способность объекта переходить при различ­
ных возмущениях от одного устойчивого режима к другому;
живучесть —свойство системы противостоять крупным возму­
щениям, не допуская развития аварий.
На практике различают конструкционную и эксплуатационную
надежность. К о н с т р у к ц и о н н о й называют номинальную на­
дежность, которая определяет способность к стабильному функ­
ционированию в типовых (номинальных) условиях эксплуатации.
Она характеризует свойства объекта, заложенные при его проек­
тировании и изготовлении.
Под э к с п л у а т а ц и о н н о й понимают надежность, наблюда­
емую в условиях эксплуатации с учетом всей совокупности воз­
действий: дестабилизирующих факторов окружающей среды, ре­
альных режимов использования, качества технического обслужи­
вания и ремонтов.
Задачи эксплуатационной надежности приобрели большую ак­
туальность в связи с тем, что многие виды электрооборудования
сельскохозяйственных предприятий, имея достаточно высокие
показатели конструкционной надежности, по эксплуатационным
показателям не отвечают требованиям производства. Так, двигате­
ли серии 4А рассчитаны на безотказную работу в течение 10 лет,
а фактическое время безотказной работы до капитального ре­
монта составляет: в животноводстве — 3,5 года, в растениевод­
стве — 4 года, на подсобных предприятиях — 5 лет.
5.2. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
Показатели надежности служат для количественной оценки
уровня надежности объекта. С их помощью сравнивают надеж­
ность различных объектов между собой или надежность одного и
того же объекта в разных условиях либо на разных этапах эксплуа­
тации. По ремонтопригодности выделяют дополнительно показа­
тели для восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов.
Кроме того, показатели могут быть единичными и комплекс­
ными. Единичный показатель относят к одному из свойств, а ком­
плексный —к нескольким свойствам.
Введение показателей надежности основывают на рассмотрении
эксплуатации как процесса случайного изменения свойств объекта
в виде последовательного чередования работоспособного и нерабо­
тоспособного состояний. Другими словами, процесс изменения
свойств объекта —это поток случайных дискретных изменений со­
стояний. При таком представлении мерой надежности служат ха­
рактеристики перехода объекта из одного состояния в другое. Ис­
пользуя их, определяют, как часто осуществляются переходы, как
долго объект находится в работоспособном и неработоспособном
состояниях, какова вероятность наступления этих событий и т. д.
Показатели безотказности характеризуют способность объекта
непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого
5 Ерошснко Г. П. и др.
65
времени (некоторой наработки). Их содержание поясняет следую­
щий пример.
Предположим, что в эксплуатацию своевременно введено
N(0 ) ламп накаливания и поставлена задача найти количествен­
ные показатели их безотказности. Параметром работоспособнос­
ти лампы служит ее световой поток Р. Лампа работоспособна,
когда создаваемый ею световой поток находится в допустимых
пределах от номинального значения Рн. Выход параметра за пре­
делы допустимого отклонения Ртт означает наступление отказа
лампы.
Результаты наблюдения за изменением светового потока каж­
дой лампы (рис. 5.2) показывают, что для некоторых из них харак­
терно медленное, а для других — резкое снижение светового пото­
ка. Моменты отказов наступают случайно. Продолжительности
безотказной работы образуют группу случайных величин с разбро­
сом ОТ /пип ДО /щах*
Количественное описание группы данных о безотказности воз­
можно с помощью следующих показателей: вероятности безотказ­
ной работы в течение некоторого времени 1 Цтт <(< /^щ), интен­
сивности отказов и средней наработки до первого отказа.
Вероятность безотказной работы р(() — вероятность того, что
в пределах заданного времени (наработки) не возникнет отказа.
Математическая запись этого показателя соответствует вероят­
ности того, что продолжительность безотказной работы Т будет
больше заданного времени /, т. е. р({) = р(Т> /). Вероятность бе­
зотказной работы — численная мера объективной возможности
успешной работы объекта в течение интересующего нас периода
времени
Если в рассматриваемом примере (рис. 5.2) N(0) ламп, пу­
щенных в эксплуатацию при / = 0 , после некоторого времени 1
сохранили свою работоспособность N(1), а отказали
/я(/) = N(0) —А^(0 ламп, то статистическую вероятность безот­
казной работы за время {находят из классического определения
вероятности события:
шах
Рис. 5.2. Результата наблюдения за из­
менением светового потока ламп накали­
вания
Пусть А^(0) = 1000 ламп. На­
блюдения показали, что через
/1 = 1000 ч сохранили работоспо­
собность ЛГ(/|) = 950 ламп, а через (2 ~ 2000 ч —
1 по (5.1) находим
Тоща
~ 450 ламп
Вероятность безотказной работы за время 1 численно равна
доле объектов, сохраняющих работоспособность за это время.
Иногда используют понятие вероятности отказа ^(/) —вероят­
ность того, что в пределах заданной наработки возникнет отказ.
Событие отказа является противоположным событию безотказной
работа. При этом /КО +
— 1* Поэтому вероятность отказа опрееляют так:
д(/)=1 -р Ц у Л Ф N(0)
Средняя наработка до отказа Тср — это математическое ожида­
ние наработки объекта до первого отказа. По статистическим дан­
ным эксплуатации или испытаний этот показатель вычисляют по
следующей формуле:
и н1
)’
где 4 — наработка (продолжительность безотказной работы) /-го элемента до пер­
вого отказа; N(0) — число испытуемых элементов в начале наблюдений.
В рассматриваемом примере N(0) — 1ОООламп, 1\ — 1000 ч;
= 950 ламп; 12 = 2000 ч; ЛГ(/2) = 450 ламп.
Найдем Г™, используя вероятность безотказной работы (5.1):
_Щ11)11+Щ12)12
41
N(0)
950 1000+450 2000
1000
Ч‘
Средняя наработка на отказ Т0 — это среднее время наработки
в о с с т а н а в л и в а е м о г о объекта между отказами
т .-— 1 ч ,
ЯкЫ
где щ — число отказов /-го элемента;
ений.
наработка /-го элемента за время наблю-
I
Интенсивность отказов Х(?) — среднее
число отказов, приходя­
щихся на единицу наработки н е в о с с т а н а в л и в а е м о г о
объекта:
Х(/)= —---------- 1=1------Щ <№ -*!)
N
N
где 2 тг(/2);
/=1
(5.2)
~ число отказов объектов ТУот начала наблюдений до нара/=1
ботки /2 и соответственно; ЛГ(/{) — число исправных объектов от начала на­
блюдений до наработки /(;
([) —изучаемый интервал наработок.
Возвращаясь к лампам накаливания, имеем
,
1000
1000
т(11)= X т(1000)=50; т(1'2)= 2 ^(2000)=550;
1
1
N(/0=^(1000)=950;
—^{>=2000—1000=1000.
Тогда по (5.2) находим
Я(/)=--50 50 =0,5310~3ч -1
950 1000 *
Интенсивность отказов характеризует стабильность свойств
объекта и показывает скорость снижения вероятности безотказ­
ной работы. Для восстанавливаемых объектов интенсивность отказов не всегда правильно характеризует свойство безотказности.
Дело в том, что в отличие от невосстанавливаемых объектов, у ко­
торых моменты появления отказов образуют группу случайных ве­
личин, для ремонтируемых объектов эти моменты образуют поток
случайных событий. Поэтому для в о с с т а н а в л и в а е м ы х
объектов вместо интенсивности отказов используют параметр по­
тока отказов — среднее число отказов, приходящихся на единицу
наработки
где /И/ — число отказов
^лсменга, ц — нараоотка 1-го элемента за время
блюдений; N — число элементов в эксплуатации.
Показатели ремонтопригодности. Ремонтопригодность по
ГОСТ 27301-86 — приспособленность к предупреждению и об­
наружению причин отказов и устранению их последствий путем
проведения технического обслуживания и ремонтов. К о н с т ­
р у к ц и о н н а я ремонтопригодность характеризует лишь техничес­
кую сторону восстанавливаемости объекта; э к с п л у а т а ц и о н ­
н а я — дополнительно быстроту восстановления и зависит от
квалификации обслуживающего персонала, а также его матери­
ально-технического обеспечения.
Вопрос о процессе восстановления был затронут при рассмот­
рении безотказности ремонтируемых элементов. Там предполага­
лось, что все отказы устраняют мгновенно. На самом деле каждый
отказ устраняют в некотором интервале времени, являющемся
случайной величиной. Поэтому процесс восстановления считают
потоком случайных событий.
Среднее время восстановления Тв — это математическое ожида­
ние продолжительности восстановления работоспособности после
отказа элемента
1и
Т =—У / •
ты 1
где /в/ — время восстановления работоспособного состояния /-го объекта; т —
число обнаруженных и устраненных отказов (или число объектов, подвергавших­
ся восстановлению).
Эта величина зависит от характера отказа, условий его отыска­
ния и устранения, квалификации специалистов и т. п. Поэтому
важно знать не только среднюю величину, но и другие вероятнос­
тные характеристики.
Вероятность восстановления работоспособного состояния
Рв({)= Р{ТВ<1),
где / —заданное время устранения отказа.
Интенсивность восстановления ц(/) — количество ремонтов (ус­
траненных отказов) в единицу времени
.ч п
ц(0 =— ,
М
где л — число восстановленных элементов; /в/ — продолжительность восстановле­
ния /-го элемента.
Показател долговечности. Под долговечностью понимают
свойство элемента сохранять работоспособность до наступления
предельного состояния при надлежащем техническом обслужива­
нии и ремонте. Для невосстанавливаемых элементов долговеч­
ность совпадает с временем их эксплуатации до отказа. Количе­
ственные оценки долговечности — срок службы и ресурс.
Ресурсом называют наработку объекта от начала эксплуатации
или после ремонта до наступления предельного состояния. Разли­
чают средний ресурс и гамма-процентный ресурс.
Средний срок службы — средняя календарная продолжитель­
ность службы объектов. Различают средний срок службы до пер­
вого капитального ремонта и между капитальными ремонтами.
Средний срок службы до списания — средняя календарная про­
должительность эксплуатации до предельного состояния.
Гамма-процентный срок службы — средняя календарная продол­
жительность эксплуатации, в течение которой объект не достигает
предельного состояния с заданной вероятностью у процентов.
Показатели сохраняемости характеризуют свойство элемента
сохранять эксплуатационные качества во время хранения и транс­
портировки. Для этого используют средний срок сохраняемости Тх
и интенсивность отказов при хранении
Свойство сохраняемости
можно рассматривать как специфический случай безотказности в
период хранения и транспортировки. В сельском хозяйстве боль­
шая часть энергетического оборудования занята в течение года от
двух до шести месяцев, а остальное время ее не используют. Для
такого оборудования свойство сохраняемости имеет первостепен­
ное значение.
Комплексные показатели надежности. Коэффициент готовности
КТхарактеризует готовность объекта к применению по назначению:
т.
т
1 о +т
1в*
о
где Та — средняя наработка на отказ; Тв — среднее время восстановления.
Можно показать, что коэффициент готовности —это вероятность
застать объект в работоспособном состоянии в произвольный мо­
мент времени (без учета простоя по организационным причинам)
Коэффициент оперативной готовности К^х характеризует готов
ность объекта к функционированию с учетом простоев по органи
зационным причинам:
Ко.г
Т.
Т’о+Тв+Т’орг
где Гор, — простои по организационным причинам: вызов ремонтных бригад
тавка запасных частей и т. п.
Коэффициент технического использования КТИ характеризует
время нахождения объекта в работоспособном состоянии с учетом
простоя объекта на всех видах технического обслуживания и ре­
монта:
Т.сум
КТ.И
Т ’сум + ^ Т Л + Т р е н
т е Тсуи — суммарная наработка; Тто, Т^м— суммарное время пребывания в об­
служивании и ремонте.
Показатели надежности электроснабжения. Все перечисленные
показатели можно использовать для оценки системы сельского
электроснабжения, главное требование к которой —бесперебой­
ное снабжение электрической энергией присоединенных к ней
потребителей. Поэтому основными показателями надежности
принято считать число (п) и длительность (Та^ отключений.
Отключения сельских сетей происходят по различным причи­
нам. Они могут быть случайными (внезапными) или преднамерен­
ными (плановыми). Первые возникают при аварийных ситуациях, а
вторые осуществляет обслуживающий персонал в плановом поряд­
ке. Аварийные отключения из-за своей неожиданности приносят
больший ущерб, чем плановые. Для учета этих особенностей вво­
дят понятие эквивалентной продолжительности отключений
Тзкв
Тяв V ПЛ9
где 7^, Тая — продолжительности аварийных и плановых отключений соответ
ственно; у — коэффициент, учитывающий меньшую тяжесть плановых отключе
ний (у=0,1...0,4).
5.3. ВЕРОЯТНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ
Показатели надежности могут принимать значения, неизвест­
ные заранее, т. е. являются случайными величинами. Такие вели­
чины изучают в теории вероятностей, где вероятность —это коли­
чественная оценка возможности появления случайного события,
или случайной величины.
Вероятностные характеристики случайной величины:
Хтш-.-Хтлх — интервал возможных значений;
х= Щ х) — математическое ожидание (среднее значение);
о2 = М\х, —х]2 —дисперсия — математическое ожидание квад­
рата отклонения величины от среднего значения;
а=\с? — среднее квадратическое отклонение;
о* = а /х
коэффициент вариации.
Простейшее описание случайной величины осуществляют ве­
роятностными характеристиками, полное — законами (функция­
ми) распределения, устанавливающими соответствие между конк­
ретными значениями случайной величины и вероятностью ее по­
явления. Различают интегральные и дифференциальные функции
распределения. Интегральная функция (рис. 5.3) показывает, что
для каждого числа х в диапазоне случайной величины X существу­
ет определенная вероятность Р{Х < х) , что X не превосходит х.
Дифференциальная функция (рис. 5.4) характеризует частоту
повторения данных значений случайной величины. Она является
производной от интегральной функции.Дх) = <Н\х)/с1х. Ее называ­
ют плотностью распределения.
Функции распределения могут иметь самый разнообразный
вид. Но в теории вероятностей обычно используют типовые (фун­
кции) законы распределения: равномерный, нормальный, экспо­
ненциальный, Пуассона, Вейбулла и т. п.
Закон равномерного распределения (рис. 5.5) описывает случай­
ные величины, у которых частота появления не зависит от значе­
ния величины в интервале *тш...хтах. Например, по такому закону
распределены вероятности выпадения числа от 1 до 6 при броса­
нии шестигранного кубика.
Закон нормального распределения (рис. 5.6) получил наибольшее
распространение, т. к. он достаточно полно описывает случайные
величины массовых явлений. Значения этих величин обычно рав­
номерно распределены вокруг среднего значения.
Закон экспоненциального распределения (рис. 5.7) описывает слу­
чайные величины, у которых вероятность появления меньших
значений всегда выше, чем больших.
В теории надежности чаще всего используют экспоненциаль­
ный закон. Вероятность безотказной работы тождественно равна
Их)
о
Рис. 5.3. Интегральная
функция
Рис. 5.4. Дифференциаль
ная функция
тт
^тах *
Рис. 5.5. Закон равномер
ного распределения
вероятности появления случайной величиоо
ны со значением О /4, т. е. Р(/>/,•)= Г/(О*#Интенсивность отказов по определению
аналогична плотности распределения слу­
чайной величины А(/)
Средняя
ОО
наработка на отказ
(0 ^-
о
Основной закон надежности. Теория ве­
роятностей устанавливает аналитическую
связь между основными параметрами на­
дежности: вероятностью безотказной рабо­
ты, средней наработкой на отказ и интен­
сивностью отказов. Математическое описа­
ние этой зависимости называют основным
законом надежности.
Из выражений для интенсивности отка­
зов Х(/) =У(/)//*(0 и плотности распределе­
ния случайной величины /(г) = с1Р(1)/с11 по­
лучают дифференциальное уравнение для
произвольной функции распределения:
т
)
(5.3)
=-Цг)Р(г).
Рис. 5.6. Закон нормаль­
ного распределения
Рис. 5.7. Закон экспонен­
циального распределения
Л
Решая уравнение (5.3), получают вероятность безотказной ра­
боты
/
Ш
=
е
(5.4)
0
Формула (5.4) представляет собой основной закон надежности.
Из нее следует, что вероятность безотказной работы любого изде­
лия с течением времени убывает со скоростью, зависящей от ин­
тенсивности отказов. При /= 0 Р{1) — 1; при I —»°° Р{г) = 0.
При экспоненциальном распределении основной закон надежное
ти характеризуют постоянным значением интенсивности отказо]
Я(/) = сопл. При этом средняя наработка на отказ
Т.'
1/ Щ
.
С учетом этих зависимостей по формуле (5.4) получают
РЩье х/ =е
(5.5)
Снижение вероятности безотказной работы изделия однознач­
но определяют средней наработкой на отказ. Например, через пе­
риод (= Та вероятность безотказной работы снижается до
Р(Т0) = 0,37, т. е. за период /= Г0 окажутся исправными 37 % изде­
лий, неисправными — 63 %.
Основной закон надежности в линейной форме. В отдельных экс­
плуатационных ситуациях, когда мала интенсивность отказа изде­
лий или мал исследуемый промежуток времени, можно использо­
вать не экспоненциальную, а линейную форму основного закона
надежности. Для вывода такой зависимости разложим (5.6) в ряд:
Пренебрегая членами высшего порядка малости, получим ли­
нейную форму:
/Х0 = 1 —X/, или Р(<) = 1 - // 7;.
(5.7)
Анализ показал, что для изделий, имеющих XI < 0,2, погреш­
ность расчета по упрощенной формуле не превышает 5 % по срав­
нению с экспоненциальной формулой (5.4).
Рассмотрим пример, поясняющий сказанное. Изделие имеет
X = 0,001 ч-1. Определим вероятность безотказной работы по урав­
нению (5.6) за 300 и 500 ч эксплуатации.
При I — 300 ч
ДО = е-Х/ = е - 0*001 •300 = 0,741,
Р (1 )= \-Х 1 = \ -0,001 ■300 = 0,700.
или
При 1= 500 ч
ДО = е-Х/1 е-0’001' 500 = о,607,
или
Д 0 = 1 -Х != 1-0,001 • 500 = 0,500.
5.4. ПРОСТЕЙШИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ
При помощи теории надежности определяют общие законо­
мерности изменения эксплуатационных свойств оборудования.
Эта закономерности имеют важное значение для решения общих
задач, связанных с выбором схем электроустановок, режимов их
использования, стратегии обслуживания и т. п. Для решения ин­
женерных задач необходимо иметь численные значения показате­
лей надежности.
Основной закон надежности устанавливает связь между тремя
показателями: вероятностью безотказной работы, средней нара­
боткой на отказ и интенсивностью отказов. Если известны два из
них, то третий легко определить из этого закона. Простейшие ме­
тоды расчета надежности рассмотрим, решая задачи.
Задача 1. В технических условиях на асинхронные электродви­
гатели серии 4А указана вероятность безотказной работы Р(0 = 0,9
за 10 ОООч наработки. Необходимо определить интенсивность от­
казов.
Примем экспоненциальное распределение отказов и запишем
основной закон надежности Р{() = е~Ч Отсюда после логарифми­
рования найдем А.=^П ^ =—Р*? = 1 05-10-5 ч-1 Примем линейную
/
10000 ’
форму закона, т. е. Р{1) = 1 —X/, и определим интенсивность отка­
зов: А.=— ——=
г
ч-1 Сравним интенсивность отказов,
юооо
полученную по основной форме закона надежности (1,05 • 10- 5 ч-!)
и линейной (10-5 ч-1). Как видим, погрешность расчета по упро­
щенной формуле не превышает 5 %.
Задача 2. Оборудование безотказно проработало /] часов. Тре­
буется определить вероятность безотказной работы до момента ^ .
Представим на основе теоремы условной вероятности
Р(ДО*= Р(Ь/а),
где /ХА/) — условная вероятность; А/ = /2 —/ь о —■безотказная работа на интервале
времени от 0 до 4 ; Д— безотказная работа на интервале времени от /( до
Пусть аЬ —безотказная работа на интервале от 0 до /гТогда искомая вероятность
ЖД/) = Р{аЬ)/Па) = РЦ2)/Р{1х).
Для экспоненциальной формы распределения отказов имеем:
Р(А1)=еГХ(2 /е -Х/>=е~м'2_'|).
Вероятность безотказной работы оборудования зависит лишь
от интервала времени Л/ и не зависит от возраста оборудования.
Отсюда следует в а ж н ы й в ы в о д для эксплуатационного персо­
нала: обеспечить высокую вероятность безотказной работы обору­
дования можно за счет выбора высоконадежного изделия (X —» 0 ;
Р(1) —»1,0) или за счет ограничения периода использования (Д( —»0;
1,о).
Задача 3. В эксплуатацию принято 7У= 100 электродвигателей с
параметрами надежности, приведенными в задаче 1. Необходимо
определить ожидаемое число отказавших двигателей (п) за 1 год
эксплуатации при использовании оборудования в течение 1000 ч в
год. По упрощенной формуле находим вероятность безотказной
работы за / = 1000 ч:
Д /)= 1 = 1 - 10*5 • 1000 = 0,99.
Из определения вероятности безотказной работы запишем:
Р{1) — (ТУ—п )/К Отсюда п = ТУ—Р(1)И— 100 —0,99 • 100 = 1.
5.5. РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ
Системы, как отмечалось, представляют собой совокупности из
множества элементов. Определение показателей надежности сис­
темы — более сложная задача, чем определение надежности от­
дельного элемента. Для ее решения разработаны методы, которые
условно можно разделить на группы.
Первую группу составляют расчеты по основным теоремам ве­
роятности на основе структурно-функциональных схем системы,
вторую — методы теории марковских процессов, моделирующ их
динамику изменения состояний системы, третью — статистичес­
кое моделирование случайного процесса перехода системы от со­
стояния к состоянию (метод Монте-Карло).
Расчет структурной надежности. Под структурной надежностью
системы понимают р е з у л ь т и р у ю щ у ю н а д е ж н о с т ь при
заданной структуре и известных значениях надежности всех вхо­
дящих в нее элементов. При этом выделение элементов из систе­
мы осуществляют на базе единства функционирования и физичес­
ких процессов, происходящих при работе объекта. Все возможные
связи между элементами в смысле надежности образуют последо­
вательные, параллельные или смешанные соединения.
Расчет надежности при последовательном соединении элементов.
Функциональные связи элементов системы, при которых отказ
системы наступает при отказе хотя бы одного из элементов, назы­
вают последовательным соединением. Например, электрическую
машину практически всегда представляют в виде последователь­
ного соединения узлов (элементов).
Пусть имеется последовательная цепь из п элементов, для каж­
дого из которых известны вероятности безотказной работы р,(1) и
интенсивности отказов Л/(/). Считая первичные отказы элементов
независимыми событиями, вероятность безотказной работы всей
системы определяют по теореме умножения вероятностей:
Н О ' =Р\ (ОА ( 0
•-Рп ( 0 =П А (0 •
йй
(5.8)
? Л‘>Л‘ "
При показательном законе распределения отказов вероятность
п
безотказной работы Р(/)=е 1=1 .
Для закрепления материала определим вероятность безотказ­
ной работы машины постоянного тока. Пусть в структурную схему
входит коллекторно-щеточный узел (ркщ = 0,92), подшипники
(Рп = 0,95), обмотка якоря (/>об.я = ^,99), обмотка возбуждения
(Робв = 0,99); наработка каждого элемента I —5000 ч.
Выход из строя любого из названных элементов приводит к от­
казу машины. Значит, структурная схема надежности представля­
ет собой последовательную цепь из четырех элементов. По форму­
ле (5.8) находим искомый ответ:
= Рк.шРпРоб.яРоб.ъ = 0,92 • 0,95 • 0,99 • 0,99 = 0,856.
При последовательном соединении надежность системы всегда
ниже надежности самого ненадежного элемента.
Расчет надежности при параллельном соединении элементов.
Функциональные связи элементов, при которых отказ системы
наступает только при отказе всех элементов, называют параллель­
ным соединением. Примерами таких систем служат двухтрансфор­
маторная подстанция, двухцепная линия электропередачи и т.п.
Если система состоит из т параллельно соединенных элемен­
тов с известными показателями надежности /?//) и независимыми
отказами, то правило умножения вероятностей можно применить
к вероятности отказа системы
(К0=Я\ (0«2 (‘)-Ят(0 =П ЯА 0-
(5.9)
7=1
Поскольку д/^1) - 1 —р/(), из (5.9) находим вероятность безот­
казной работы
Л0=1- П Я}Я 1- П0 “ Р/(0).
7=1
(5.10)
При показательном законе распределения отказов и равнона­
дежных элементов получим:
Р — 1 —(1 —р)т.
(5.11)
При параллельном соединении элементов вероятность безот­
казной работы системы всегда выше надежности самого надежно­
го элемента. С ростом числа параллельных ветвей вероятность бе­
зотказной работы стремится к единице. Параллельное и последо­
вательное соединения элементов в смысле надежности часто со­
впадает с таким соединением в смысле электрической цепи. Од­
нако это совпадение необязательно. Например, две параллельно
работающие на одного потребителя различные линии электропе­
редачи при пропускной способности каждой линии больше на­
грузки потребителя могут рассматриваться соединенными в
смысле надежности параллельно, а при пропускной способности
каждой линии меньше нагрузки потребителя — последовательно.
Другой пример: два последовательно включенных аппарата защи­
ты от перегрузки образуют в смысле надежности параллельное со­
единение, потому что по своему функциональному назначению —
разрыв цепи — они дублируют друг друга. Параллельное соедине­
ние называют р е з е р в и р о в а н и е м .
Расчет надежности при параллельно-последовательном (смешан­
ном) соединении. Многие системы имеют смешанное соединение,
когда общее фук1«ционирование определяется последовательным
и параллельным соединением элементов.
На рисунке 5.8 показана структурная схема, состоящая из т па­
раллельных цепей, каждая из которых состоит из п последователь­
но соединенных элементов. Такие схемы моделируют системы с
общим резервированием.
Для расчета схемы надо в формуле (5.10) вероятность выра­
зить через вероятность последовательной цепи (5.8):
Р.
Па
/=1
л
У
Если считать, что вероятность безотказной работы всех элеменI одинакова, то результирующую надежность схемы определяют
:дующим выражением:
Р0= 1 - ( ! - /> " )
т
(5.12)
Анализ показывает, что вероятность безотказной работы
системы с общим резервированием при
большом числе последовательно со­
единенных элементов в ветви умень­
шается до нуля даже в случае увеличе­
ния до бесконечности числа парал­
лельных ветвей.
На рисунке 5.9 показана структурная
схема, в которой последовательно соРис. 5.8. Структурная схема
единены п групп, состоящих из т паралпараллелыю соединенных т
лельно включенных элементов. Такие
фз^ гостоящих ю я после- схемы называют р а з д е л ь н ы м
редомтеяыю соединенных зле____
г
^
ментов
зервированием.
В данном случае надежность отдель­
ной группы определяют выражением
(5.10), а для всей схемы
Рравн
Цу.дар
Ця/пр
Рис. 5.9. Структурная схема
последовательно соединен­
ных л групп, состоящих из
т параллельно соединенных
элементов
\дя системы из равнонадежных эле­
ментов это выражение принимает вид
равн
(1 дт)п. Отсюда следует, что вероятность безотказной работы системы
приближается к единице при безграничном увеличении числа ре­
зервирующих элементов в группах, даже если число последова­
тельно соединенных групп стремится к бесконечности.
Для сравнения эффективности рассмотренных способов резер­
вирования найдем вероятности отказов Ц, = [1 —(1 —о")]"1 и
Сравн — Ц — (1 — ")]"Раскладывая эти вероятности в степенные ряды и учитывая,
что 0 « 1, получим упрощенные формулы Со = гГсГ и Оравн = псГ,
4
ТОГДа ОУС|равн = п т ~ \
Из полученного результата следует, что при общем резервиро­
вании вероятность появления отказа всегда больше, чем при раз­
дельном. Другими словами, при раздельном резервировании бе­
зотказность тем больше, чем выше кратность резервирования, чем
больше элементов в последовательной цепи.
Пример. Пускорегулирующая аппаратура представлена структурной схемой на­
дежности (рис. 5.10). Вероятности безотказной работы каждого элемента указаны
на рисунке 5.10. Определить вероятность безотказной работы всей схемы в целом.
Для решения выделим блоки элементов и определим для них вероятности бе­
зотказной работы:
блок смешанного соединения — А (по формуле (5.12)
Л®8 1 —(1 —0.93)2 = 0,93;
параллельного
7>с *1 _ (!_ ,)-»
’ (по формуле 5.11)
1 - ( 1 - 0,9)3 = 0,999;
блок В нерезервируемый и Рв —0,8.
С
Рис. 5.10. Структурная схема нускорегулирующей
аппаратуры
Вероятность безотказной работы цепочки пускорегулирующей аппаратуры
Рлвс = РлРвРс = 0,93 • 0,80 • 0,999 = 0,74.
Вероятности безотказной работы всей системы (двух параллельных цепей)
Р — 1 —(1 —Рдвс)(\ - Р д) = \ - ( \ - 0,74)(1 -0 ,9 0 ) = 0,974.
5.6. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
Существует два основных метода определения надежности:
э к с п е р и м е н т а л ь н ы й и к о э ф ф и ц и е н т н ы й . Экспери­
ментальный метод применяют при определении надежности но­
вого оборудования, а коэффициентный — при определении на­
дежности уже работающего оборудования.
Экспериментальный метод дает наиболее полное представление
о надежности оборудования, о причинах отказов, о слабых звеньях
и способах повышения надежности. Однако для получения досто­
верных экспериментальных данных часто необходимо затрачивать
много времени и привлекать другие значительные ресурсы. Са­
мый доступный источник экспериментальных данных — это сис­
тематические или специально спланированные наблюдения при
нормальной эксплуатации оборудования. Для реализации такого
метода необходима дополнительная подготовка персонала, благо­
даря которой исключены неправильное заполнение донесений об
отказе оборудования, неполные сведения об условиях эксплуата­
ции или ошибки в обработке данных.
Эксплуатационные испытания или наблюдения планируют
проводить в следующей последовательности:
установить признак отказа объекта (например, для лампы нака­
ливания это может быть снижение светового потока на 15 % при
номинальном напряжении или перегорание нити накала; для
электродвигателя — нагрев изоляции выше класса нагревостойкости или перегорание обмотки, или заклинивание ротора и т. п.);
выбрать определяющий показатель надежности для изучаемого
объекта (например, если оборудование предназначено для использо­
вания в течение определенного времени или оперативного примене­
ния, определяющим показателем служит вероятность безотказной
работы; для объектов, потеря работоспособности которых влечет
большой ущерб, на первое место выходит интенсивность отказов);
определить условия испытаний по электрическим нагрузкам,
режимам работы, окружающей среде и т. п.;
установить способ контроля работоспособности: обычный, не­
прерывный, периодический;
определить число изучаемых объектов N (по нижеприведенной
методике);
выбрать способ замены отказавших объектов (ГОСТ 27.002-86
устанавливает три плана замен: V — не заменяют; К — заменяют
немедленно; М — восстанавливают в ходе испытаний);
выбрать правило окончания испытаний (ГОСТ 27.002-86 пре­
дусматривает следующие варианты: Т —после истечения заданно­
го времени; г —после наступления г-го отказа; 7^ —после задан­
ной наработки; —после отказа всех объектов).
Планы испытаний на надежность обозначают условно в виде
букв: [14ЦТ], [N1111], [1ЧКТ] и т.д. Первая позиция обозначает
объем выборки, вторая — способ замены отказавших объектов,
третья —правило окончания испытаний. Например, план испыта­
ний на надежность имеет вид [>ШМ (х0, тэкс)], в этом случае Ы= 1,
т. е. испытывают одно изделие, которое восстанавливают после
каждого отказа, испытания продолжают до достижения г$ отказов
или наработки тэ. В случае, когда число отказов г (за наработку
т < тэкс) достигает /*о, испытания на надежность прекращают и при­
нимают решение о несоответствии изделия требованию к инди­
видуальному показателю безотказности, т. е. решение о том, что
изделие бракованное и должно подлежать замене. При числе отка­
зов г за наработку тэкс меньше г0 изделие признают соответствую­
щим требованиям к показателю безотказности.
Для расчета объема выборки задают относительную ошибку
(обычно 6 = 0,05) и выбирают доверительную вероятность (обыч­
но Р —0,80; 0,90; 0,95).
Коэффициентный метод. Главная задача теории эксплуатации
энергетического оборудования —определение надежности его
элементов и систем в конкретных условиях эксплуатации при из­
вестных показателях конструкционной надежности.
Объект изучения при решении такой задачи можно предста­
вить как устройство преобразования конструкционной интенсив­
ности отказов элемента или системы
в эксплуатационную Лж
под действием двух групп факторов: дестабилизирующих и ком­
пенсирующих. В первую группу входят воздействия энергосисте­
мы (факторы Ц), окружающей среды (факторы С) и режимов ис­
пользования (факторы У), во вторую — положительные воздей­
ствия электротехнического персонала (проведение технических
обслуживаний и ремонтов (факторы П)) и устройств защиты от
аварийных режимов (факторы 2). Обобщенная математическая
модель имеет вид:
Аэкс = Ш V , К С, 11,2).
(5.13)
Инженерный расчет основан на использовании в модели коэф­
фициентов надежности и влияния.
Коэффициент надежности представляет собой отношение ин­
тенсивности отказов изучаемого элемента к интенсивности от­
казов некоторого базового элемента
К/ —АуХб = сопл.
б Ерошснко Г. П. и др.
(5.14)
8
Обычно за базовый элемент принимают резистор типа ОМЛТ с
номиналом 1..ЛОкОм, мощностью 0,25 Вт. Для него А^ = 2 • 10"7ч~1.
Ниже приведены коэффициенты надежности основных видов
электрооборудования.
Трансформаторы силовые:
на одну обмотку
2,5
в целом
]5 о
Электродвигатели:
постоянного тока
82 5
асинхронные
' 54 0
Выключатели автоматические
5,0
Рубильники (в целом)
4 [о
Контакторы и магнитные пускатели (в целом)
45,0
Кнопка управления
5э0
Коэффициенты влияния^ Кш показывают изменение интенсив­
ности отказов изучаемого элемента при изменении дестабилизи­
рующих или компенсирующих факторов. Они являются безраз­
мерными. При номинальных условиях эксплуатации к п/= 1,0 ,
т. е. эксплуатационная (ХэКС) и конструкционная интенсивность
отказов равны. Для других условий 0 < АГМ/ < 1.
С учетом изложенных положений можно перейти от обобщен­
ной модели к расчетной формуле
Я
*
э
к
...Ктп -ЪКДЦХша*
е
(
5
1
5
)
м
гае Яэкс — эксплуатационная интенсивность отказов; А« — базовая интенсивность
отказов; К, - коэффициент надежности /-го элемента; К„^...Кып - коэффициенты влияния различных факторов; п — число учитываемых факторов.
^
1ля коэффициентов влияния используют универсальную фор-
^вл/
(5.16)
где а /-—фактическое значение учитываемого фактора в долях от номинального*
р/ коэффициент чувствительности интенсивности отказов к изменению фактора (показывает, во сколько раз изменяется интенсивность при изменении значе­
ния фактора на 1 %).
Таким образом, для расчета интенсивности отказов коэффици­
ентным методом определяют коэффициент надежности и коэф­
фициенты влияния, используя данные таблицы 5 . 1, а затем по
формуле (5.15) вычисляют искомую эксплуатационную надеж­
ность. Если известна конструкционная надежность, то отличие
расчета состоит лишь в том, что принимают А* = ХбК, см. (5.14).
Коэффициент
чувствительности р,
Р1= - 2,0
а 2 = 0,6...0,7
«2 - 1,0
<*2
<*2 = 10...12
«3 “ ^ф акт/Рн
Качество технической
эксплуатации
Тип устройства защиты:
ТРН
УВТЗ-1
УВТЗ-5
«4 =~ А факт/
Р2 =
Р2 =
Р2 =
Р2 =
Рз =
Рз =
Р4 =
1,0
1,0
1,0
1,0
3.0 ( э л 4А)
4.0 (эл . А 02, А2)
1,0
а 5== 0,5
а 5 := 0,25
а 5== 0,1
Р5 =
Р5 =
Р5 =
1,0
1,0
1,0
О
а,
II
Ю
Качество напряжения
Условия окружающей среды:
легкие
нормальные
тяжелые
особо тяжелые
Загрузка
П р и м е ч а н и е . Классификация условий окружающей среды по методике
ВИЭСХ;
м), РфтгЛРи).
— фактические (номинальные) значения
напряженийТмощности, числа электромонтеров соответственно.
Задача 4. Определить эксплуатационные показатели асинхрон­
ных электродвигателей серии 4А, используемых в животноводстве
(особо тяжелые условия с номинальной загрузкой). На зажимах
двигателей поддерживается номинальное напряжение. Электро­
приводы для защиты оснащены тепловыми реле ТРН. Электротех­
ническая служба укомплектована электромонтерами на 50 %. По­
казатели конструкционной надежности: вероятность безотказной
работы через 10 ОООч использования Р —0,90.
Определяем конструкционную интенсивность отказов из упро­
щенной зависимости Р{() = 1 —А./:
1—Р(1) 1-0,90
/
10000
10- 5 , -
1
По таблице 5.1 и исходным данным находим коэффициенты
влияния а] = 1; а2 — 10... 12; с*з = 1; оц —0,5-1 = 2; а$ = 0,5. Опреде­
лим эксплуатационную интенсивность отказов по (5.14):
Адо = АбВД»! А**... Ктп = 10"5 • 1 • (10... 12) • 1 • 2 • 0,5 - НИ ч"1.
Таким образом, в условиях эксплуатации интенсивность отка­
зов будет почти в 10 раз больше, чем указано в паспортных дан­
ных. Если предусмотреть применение более современных уст­
ройств защиты, например УВТЗ-5 вместо ТРН, то интенсивность
отказов возрастет всего в два раза.
5.7. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ
К РЕШЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАДАЧ
Задача о периодичности технического обслуживания оборудова­
ния. Для многих видов оборудования оптимальной стратегией тех­
нической эксплуатации служит планово-предупредительный ре­
монт, когда в заранее намеченные сроки проводят профилакти­
ческое обслуживание или ремонт. При этом удается с наименьши­
ми затратами поддержать интенсивность отказов на требуемом
уровне. Решение задачи о периодичности профилактик основано
на графическом представлении влияния планово-предупредитель­
ных обслуживаний на надежность (рис. 5 . 11).
Как видно из рисунка 5.11, регулярное проведение профилактик
существенно замедляет снижение вероятности безотказной работы
и повышение интенсивности отказов. Если нет ограничений на ре­
сурсы, то малой периодичностью профилактики /п можно поддер­
живать Х*(/) = сопй, /*(/) —соп81 на уровне новых изделий. Перио­
дичность профилактики ^ можно определить исходя из заданного
или принятого изменения ДА(/) или ДР($ —точки а и Ь.
Пусть И= Х(/)Д*(0 — отношение интенсивностей отказов без
профилактик Х({) и с профилактиками Х*(/). Определим /п из урав­
нения
(5.17)
Для этого сначала решим пример, в котором интенсивность от­
казов изделия возрастает линейно А,(/) —а+ Ы. Затем при И= 1,1
по уравнению (5.17) найдем
М
О
Щ Л
'п 0
А к ((
_
а+Ып
—Г(а+Ь)Л
2(а+Ып)
2а+Ып
(5.18)
О
Хсо(0
АР(1,
о
Рис. 5.11. Влияние планово-предупредительных
Отсюда искомая периодичность
_ 2о(я—1)
" Ь{2-Н )'
Задача о готовности
электродвигателя. Необ-
ходимо определить нарабоТКу на отказ Т0 асинх
ронного электродвигателя по истечении времени после начала
работы Т — 500 ч, если средняя интенсивность отказов
X= 60 • 10-6 ч-1, интенсивность восстановления работоспособно­
сти двигателя после отказа ц = 0,5ч-1, коэффициент готовности
Кт= 0,989.
Пусть допустимое время по обслуживанию двигателя / = 2 ч.
Найдя время восстановления работоспособности двигателя
после отказа: Тв = 1/ц = 1/0,5 = 2 ч, определим наработку на отказ
двигателя из уравнения Кт= Т Л Т 0 + Тв):
7 > Г в- ^ - = 2 - 0’989 =180 ч.
° в 1- К т 1-г-0,989
Как показывают полученные данные, коэффициент готовности
асинхронного двигателя достаточно высок ввиду того, что вероят­
ность его безотказной работы, или надежность, по истечении вре­
мени Т — 500 ч составляет Р(500)=е_6° 10 500 =0,97, а время вос­
становления работоспособности мало (7^ = 2 ч).
Задача о ремонтопригодности. В период эксплуатации накопле­
ны и затабулированы значения времени восстановления
приведены далее. Наработка на отказ Т0 = 769 ч.
они
Номер отказа
Время
восстановления, ч
1
2
3
4
5
.....
128
129
130
0,25
0,31
0,35
0,12
0,08
.....
3,52
2,05
0,17
Следует определить среднее время восстановления Тв
Т
л Ъ=—У/*в/•
Мм
•
Подставив известные значения, получим
Гв=— (0,25+0,31+0,35+0,12+0,08+...+3,52+2,05+0,17)=1,37ч.
■'«■■Л#1
г $Ш -
\ \
*4<1|
*
Далее по выражениям для коэффициента готовности и коэф­
фициента технического исполнения
т
1 о +т
“ ■*в
и
То +ТВ+Т0 +Кпр0ф *
где
А'проф - Гоб^Гсуи — коэффициент
профилактики,
в
данном
примере
^проф
получим
А" =_ .7о__=__ -о 99
г Г0 +Гв 769+1,37 ’
АГТИ=----------- 5-------------------- — --------- =о 87
ти 7’0 +Гв+7’0 +/Гпр0ф 769+1,37+0,15 769 ’
Задача о резервировании. Имеется система, состоящая из
N = 100 элементов, соединенных логически последовательно. Ин­
тенсивность отказов системы А<>= 10- 3ч-1. С помощью резервиро­
вания требуется обеспечить надежность системы . тр
в течение /= 1000 ч.
В первую очередь определим уровень надежности
применения резервирования:
А (»=^о (Ю00) = е " ^ = е"10"3 1000=0,37.
Применим постоянное общее резервирование. Кратность ре­
зервирования м, при которой обеспечивают требуемый уровень
надежности, найдем из уравнения Р1р(/) = 1 —11 —Ро(0]* + •
м1П[1-Ртр(0]
1п[1—/?,(/)]
1п[1—0,95]
1п[1—0,37]
,
" '
Таким образом, для удовлетворения заданных требований к на­
дежности системы необходимо не менее чем шестикратное резер­
вирование аналогичными системами. Ясно, что такое резервиро­
вание выполнять ненелесообпазно.
Рассмотрим раздельное поэлементное резервирование с посто­
янно включенным резервом. Так как значения интенсивностей
I
I среднее значение:
отказов элементов не заданы,
найдем
Средняя вероятность безотказной работы элементов /*р(/) бу­
дет равна:
Р * р ( /) = е V
= е - 10" 5 >°°о = о ,9 9 .
При равной надежности элементов
Л р И - и - п - Л с р М ! '* 1}*,
откуда
Подставляя в последнее выражение числовые значения, полу­
чаем
Таким образом, если использовать раздельное поэлементное
резервирование, заданное значение надежности будет обеспечено
при кратности резервирования, равной единице. Практически это
означает дублирование всех элементов системы.
Рассмотрим возможность применения общего резервирования,
совмещенного с холодным состоянием резерва. Для расчета Ртр(6
* Хр(/) _ Р{()
(без учета надежности
воспользуемся выражением ’
переключающих устройств). После подстановки исходных данных
получили м = 3. Таким образом, расчет показывает, что для обес­
печения заданных требований к надежности системы наиболее
целесообразным следует считать раздельное резервирование с
кратностью м — 1.
1. Каким образом оценивают способность объекта выполнять требуемые
функции? 2. Что называют отказом и какие бывают отказы? 3. Что оценивают
показатели безотказности? 4. Что показывает средняя наработка на отказ? 5. Пе­
речислите показатели ремонтопригодности, о. Как определить среднее время
восстановления? 7. Что означают термины: «долговечность», «средний срок
службы», «средний срок службы до списания»? 8 . Перечислите комплексные по­
казатели надежности. 9. Перечислите простейшие вероятностные характеристики
случайной величины. 10. Какой вид имеют функции распределения? 11. Дайте оп­
ределение основного закона надежности. 12. Чем характеризуют основной закон
надежности при экспоненциальном распределении? 13. Перечислите методы рас­
чета надежности. 14. Как рассчитывают структурную надежность? 15. Перечисли­
те методы определения надежности. 16. В какой последовательности планируют
проводить эксплуатационные испытания? 17. Как рассчитывают надежность ко­
эффициентным методом? 18. Как решают задачи о периодичности технического
обслуживания оборудования? 19. Как решают задачи о готовности электродвига­
теля? 20. Как решают задачи о ремонтопригодности?
З а д а н и е 1. Интенсивность отказов изделия описывают экспоненциальным
законом и X ■=0,002 ч-1. Определить вероятность безотказной работы за 400 и 600 ч
эксплуатации.
З а д а н и е 2. В технических условиях на магнитные пускатели ПМЕ указана
вероятность безотказной работы Р(1) - 0,92 за 5000 ч наработки. Необходимо оп­
ределить интенсивность отказов.
З а д а н и е 3. Оборудование безотказно проработало 1000ч. Требуется опреде­
лить вероятность безотказной работы до момента 2000 ч, если известно, что ин­
тенсивность отказов оборудования равна 0,003 ч"1.
З а д а н и е 4. В эксплуатацию принято N —50 электродвигателей с вероятнос­
тью безотказной работы Р(() = 0,91 за 20000 ч наработки. Необходимо определить
ожидаемое число отказавших двигателей за 1 год эксплуатации при использова­
нии оборудования в течение 1000 ч в год.
З а д а н и е 5. Оборудование состоит из шести последовательно соединенных
равнонадежных элементов, вероятность безотказной работы которых равна 0,89.
Необходимо определить вероятность безотказной работы оборудования.
З а д а н и е 6 . Оборудование резервируют через четыре равнонадежных канала,
вероятность безотказной работы которых равна 0,94. Определить надежность ра­
боты такой системы.
З а д а н и е 7. Определить эксплуатационные показатели асинхронных элект­
родвигателей серии АИР, используемых в животноводстве (особо тяжелые усло­
вия с номинальной загрузкой). На зажимах двигателей поддерживают номиналь­
ное напряжение. Электроприводы для защиты оснащены тепловыми реле ТРН.
Электротехническая служба укомплектована электромонтерами на 80 %. Показа­
тели конструкционной надежности: вероятность безотказной работы через
20 000 ч использования
0,90.
З а д а н и е 8 . Определить наработку на отказ Т0 и коэффициент готовности
Ктасинхронного электродвигателя по истечении времени после начала работы
Г=7 0 0 ч , если средняя интенсивность отказов А = 30- 10~6 ч-1 и интенсивность
восстановления работоспособности двигателя после отказа ц = 0,6 ч-1. Пусть до­
пустимое время по обслуживанию двигателя / = 4 ч.
З а д а н и е 9. Известно, что в процессе эксплуатации среднее время восстановле­
ния оборудования 2,5 ч, наработка на отказ 860 ч и коэффициент профилактики 0,2.
Определить коэффициент готовности и коэффициент технического исполнения.
З а д а н и е 10. Имеется система, состоящая из ^У=80 элементов, соединен­
ных логически последовательно. Интенсивность отказов системы Хо = 2 • 10~3 ч”1.
С помощью резервирования требуется обеспечить надежность системы
/^ (2000) > 0,94 в течение X—2000 ч.
Глава 6
МЕТОДЫ ТЕОРИИ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
6.1. ПРИМЕРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТОКОВ СОБЫТИЙ
Прежде чем изучать методы теории массового обслуживания,
рассмотрим, как связаны между собой потоки событий и что они
представляют собой в теории надежности.
Объектом изучения в теории эксплуатации служит техническая
система. Это совокупность подсистем и элементов, нацеленных на
выполнение какого-либо задания. Способность системы выпол­
нять свои функции оценивают идеализированными понятиями о
состояниях, в пределах которых выделенные параметры системы
остаются неизменными. Переход системы от одного состояния к
другому называют событием.
В теории надежности, например, главными состояниями при­
нимают работоспособность и неработоспособность, а централь­
ным понятием служит событие перехода из работоспособного в
неработоспособное состояние, которое называют отказом.
Из-за большого числа элементов и множества влияющих фак­
торов отказы в системе возникают непрерывно и образуют поток
отказов, или поток событий, характеризующих реальное состоя­
ние системы.
В общем случае потоком событий называют последователь­
ность однородных событий, следующих независимо друг от друга
в случайные моменты времени. Примерами служат: поток отказов
электрооборудования в сельскохозяйственном предприятии, по­
ток вызовов электромонтеров на оперативное обслуживание, по­
ток подключений к телефонной станции и т.д.
Важной характеристикой потока событий служит его интенсив­
ность X — среднее число событий в единицу времени. Интенсив­
ность потока событий обычно зависит от времени. В отдельных
случаях интенсивность может быть постоянной величиной.
Кроме этого, потоки оценивают по регулярности, стационар­
ности, последствиям и т. д. Поток считают регулярным, когда со­
бытия следуют друг за другом через равные промежутки времени.
Поток событий называют стационарным, если его вероятностные
характеристики не зависят от времени. Когда на двух интервалах
времени события не зависят друг от друга, тогда поток событий
называют потоком без последствий. Поток событий считают орди­
нарным, если появление группы (несколько) событий в неболь­
шом интервале времени маловероятно.
По совокупности признаков выделяют простейшие, рекуррент­
ные и др. потоки. Так, поток событий называют простейшим (пуассоновским), если он обладает сразу тремя свойствами: стацио­
нарностью, ординарностью и отсутствием последствий.
В системах с потоками событий возникает широкий круг задач,
в которых надо определить результаты применения изделий или
ресурсов при случайной потребности в них. Случайный характер
потоков наиболее ярко выражен при массовом применении изде­
лий. Поэтому теорию, раскрывающую закономерности удовлетво­
рения случайных потребностей, называют теорией массового об­
служивания (ТМО). Примеры систем массового обслуживания
(СМО) — различные службы сервиса, электро- и авторемонтные
предприятия, билетные кассы и т. п.
Объектом изучения ТМО служит идеализированная СМО, ко­
торая состоит из следующих элементов. Источник требований
(заявок) — это совокупность обслуживаемых объектов (парк
электродвигателей, трансформаторов и т. д.). Накопитель —
часть СМО, в которой поступившие требования находятся в оче­
реди на обслуживание. Каналы — это приборы, исполнители и
др., которые обслуживают требования ремонтом, заменой изде­
лий или другими способами.
Работа СМО представляет собой случайный процесс перехода
от одного состояния к другому. Если принять за исходное состо­
яние л'о — отсутствие заявки, то появление первой заявки скач­
ком переводит СМО в состояние $1 — имеется одна заявка; появ­
ление второй заявки скачком переводит СМО в состояние з2 —
имеются две заявки и т.д. Аналогичные изменения происходят
при окончании обслуживания, потери заявки и т.п. Такие пере­
ходы изображают размеченным графом состояний, показанным
на рисунке 6 . 1.
При теоретическом изучении используют следующие парамет­
ры СМО: N —количество источников заявок; г —число каналов
обслуживания; X = 1/Т3 — интенсивность потока заявок от одного
источника;
= X N — суммарная интенсивность потока заявок;
ц = \/Т в — интенсивность обслуживания (ремонта) в одном кана­
ле; М —\1 Г—суммарная интенсивность обслуживания; Т3 и Тв —
средние продолжительности между заявками и между завершени­
ями обслуживания (восстановление объекта) соответственно.
Для оценки эффективности СМО применяют различные кри­
терии. Основными из них считают: 2 —среднее число занятых ка­
налов; ЬСИСТи Аж — среднее число заявок в системе и в накопителе
(очереди); Псист и Поч — средние продолжительности пребывания
заявки в системе и в очереди; ^зан ~~ вероятность за­
нятости канала (загрузка
канала).
Предмет ТМО заключаРис. 6.1. Граф состояний процесса «гибели и СТСЯ в установлении ЗаВИразмножения»
сим ости между параметра -
ми СМО и ее критериями. При этом выделяют прямые задачи,
когда по исходным параметрам требуется определить значения
критериев, и обратные задачи, когда надо выбрать параметры
СМО, обеспечивающие заданную эффективность.
Практическая значимость методов ТМО возрастает за счет до­
полнительного использования экономических критериев, харак­
теризующих, во-первых, степень удовлетворения заявок источни­
ка, а во-вторых, степень использования каналов. Совместное ис­
пользование этих данных позволяет найти оптимальные системы
массового обслуживания.
В зависимости от состава исходных данных и решаемых задач
СМО имеют разнообразные варианты. По числу каналов: однока­
нальные и многоканальные. По дисциплине очереди: 1 —обслу­
живание с отказом (если каналы свободны, то заявки обслужива­
ются немедленно; если каналы заняты, то заявки получают отказ и
теряются); 2 — обслуживание с ожиданием в очереди по мере по­
ступления; 3 — обслуживание с приоритетом. По размерам источ­
ника заявок: 1 — открытые —источник имеет неограниченное
число заявок; 2 — закрытые —число заявок ограничено. По харак­
теру потока заявок: простейшие и произвольные потоки.
Каждые СМО характеризуются размеченным графом (табли­
цей) состояний. Простейшие СМО имеют граф в виде схемы гибе­
ли и размножения, показанной на рисунке 6 .1. Все состояния сис­
темы вытянуты в одну цепочку. Каждое среднее состояние ($1, 52,
..., 5„_|) связано прямой и обратной стрелками со смежными со­
стояниями, а краиние ^ И 5Л—только с одним соседним состоя­
нием. Главная задача ТМО — определение вероятности каждого
состояния СМО.
В произвольный момент времени / система находится в состоя­
нии зк с вероятностью /**(/)• В установившемся режиме, т.е. при
I —»°о произвольные вероятности состояний стремятся к своим
пределам, которые называют финальными вероятностями. Для их
нахождения составляют систему уравнении, характеризующих все
состояния. В уравнении для каждого состояния в левой части за­
писывают произведение финальной вероятности этого состояния
на сумму интенсивностей потоков, выходящих из этого состоя­
ния, а в правой —сумму произведений интенсивностей всех пото­
ков, входящих в данное состояние, на вероятность тех состоянии,
из которых потоки исходят.
В ТМО установлены аналитические связи между критериями и
параметрами СМО. Например, формулы Литтла связывают про­
должительность пребывания заявки в системе Псист с числом зая­
вок 1-сист, продолжительность пребывания заявки в очереди П ^ с
ее длиной /» :
(6. 1)
6.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОСТЕЙШИХ СМО
Одноканальные СМО имеются в любых службах сервиса. При
медицинском обслуживании это врач, принимающий пациентов,
при обслуживании пассажиров —билетная касса, при техничес­
ком обслуживании энергетического оборудования — пост элект­
рика и т. д.
Примем к рассмотрению одноканальную СМО без ограниче­
ний на длину очереди и на длительность ожидания. Пусть на эту
систему поступает поток заявок с интенсивностью X = \/Т г, т. е.
заявки поступают в среднем через интервал времени Т3. Система с
интенсивностью обслуживания ц = 1/Тв обслуживает их, т. е. на
каждую заявку затрачивают период времени в среднем Тв. Требу­
ется найти характеристики (критерии) работы СМО в установиврежиме: и КС1 и 1 0Ч среднее число заявок в системе и в
накопителе (очереди); Псист и
— средние продолжительности
пребывания заявки в системе и в очереди;
вероятность
нятости канала (загрузка канала).
В данном случае ограничимся показательным законом ра<
деления для Т3 и Тв, т. е. X= сош 1; ц = соп$1. Пронумеруем
можные состояния СМО по числу заявок в ней:
5п — канал свободен;
канал занят (одна заявка обслуживается, очереди нет);
•52 канал занят (одна заявка обслуживается, одна —в очереда);
5к — канал занят (одна заявка обслуживается, к - 1 заявка стоит в
очереди).
Размеченный граф состояний показан на рисунке 6 . 1. Система
щт из $о в и далее в правом направлении
действием
заявок с интенсивностью А = сош 1.
Поток восстановления (обслуживания заявок) с интенсивнос­
тью ц —сопз1 переводит систему назад—справа-налево.
[ля определения финальных вероятностей, характеризующих
относительную продолжительность пребывания системы в состоя­
нии к, составим систему уравнений типа:
(6. 2)
ХРк =цР*+1
В данной задаче число состояний СМО п - » °°, а сумма всех
вероятностей ЪР1= 1,0. Введем коэффициент нагрузки системы
р = А/ц = соп51. Он характеризует среднее число заявок, поступаю­
щих за период обслуживания одной заявки, и показывает, во
сколько раз период обслуживания больше или меньше периода
следования (в среднем) заявок. Обычно р < 1,0.
С учетом отмеченного, из системы (6.2) находим вероятности
каждого состояния СМО
1
^0 ==1—р;1
Рх-=Р(1- р);
Р)
=Р20
Рг
Рк
’
(6.3)
=Р*(1- р )
В установившемся режиме вероятности убывают по закону гео­
метрической прогрессии. При любой нагрузке системы в диапазо­
не 0 < р < 1,0 вероятность Д больше остальных, т. е. относитель­
ная продолжительность свободного состояния системы больше
продолжительности любого другого состояния.
Среднее число заявок в системе находим суммированием про­
изведений возможных заявок &на их вероятности
Ц* = X
»
где Р/с определяем по уравнению (6.3). Окончательно получаем
(64)
и ,= т ~ 1—Р
Из полного числа заявок по (6.4) занятая обслуживанием доля
пропорциональна вероятности занятости Рмн. Поскольку для
СМО всегда выполняется условие Р^н + Л)= 1. находим:
Лан=1~Л)=Р;
Азбсл =Р
(6.5)
Длину очереди определяем разностью между полным и обслу­
живаемым числом заявок
Аэч ~ А:р А>бсл
р*
(6 .6)
Наконец по формулам Литтла находим средние продолжитель­
ности пребывания в системе и в очереди
Р
Псист
А(1-Р)
2
Р
П04
АП-р)
(6.7)
характеристик
сутки
симости от единиц интенсивности поступления заявок.
Аналитическое описание характеристики одноканальной
-1
иллюстрирует рисунок 6.2 для случая
0,5 чг1, ц = 1 ч
гра
фиков и формул видно, что эффективность СМО зависит от коэф
фициента нагрузки системы массового обслуживания р, они суще­
ственно нелинейны. С увеличением р лишь занятость растет ли­
нейно. Другие характеристики СМО —длина очереди и продол­
жительность пребывания в ней — бесконечно возрастают. Таким
образом, главным параметром СМО служит коэффициент нагруз­
ки системы массового обслуживания. Для успешного функциони­
рования системы важно выбрать правильное
~
рактеристикам СМО (/,ср, Аи, Псист, Пот, и т. п.) это сделать тру
но. Поэтому приходится привлекать экономические показатели
как для оценки очереди заявок, так и для оценки занятости кана­
лов. Обычно эти связи дают конкурирующие эффекты и позволя­
ют найти оптимальные параметры СМО.
Другим примером простейшей СМО служит многоканальная
система с отказами. Такие системы возникли с началом развития
телефонизации. Их исследование привело к созданию теории мас­
сового обслуживания, в которой рассматриваемая СМО относится
классической
Пусть имеется г каналов (ли­
ний связи), на которые поступает
поток заявок с интенсивностью X.
Поток обслуживания имеет ин­
тенсивность (I. Необходимо най­
ти характеристики системы: А
абсолютную пропускную способ­
ность, равную среднему числу зая­
вок, обслуживаемых в единицу
времени; В —относительную про­
пускную способность, т. е. сред­
нюю долю пришедших заявок,
Коэффициент нагрузки системы, о. е.
обслуживаемых системой; Р ^. —
вероятность отказа в обслужива­
Рис. 6.2. Характеристики одноканальной нии (канал занят);
—среднее
СМО
число занятых каналов.
Графу состояний такой системы соответствует рисунок 6.1. Из
состояний слева в состояние справа систему переводит поток зая­
вок с интенсивностью X, а из состояний справа-налево —поток
обслуживают с интенсивностью кц, где \< к< г.
Состояние системы нумеруют по числу заявок, находящихся в
системе. В данном случае оно совпадает с числом занятых кана­
лов:
50 — канал свободен, в системе нет ни одной заявки;
5) — в системе находится одна заявка, т.е. один канал занят, ос­
тальные каналы свободны;
5к — в системе находится к заявок, т. е. к каналов занято, ос­
тальные каналы свободны;
зг —в системе находится г заявок, т. е. все каналы заняты.
Если составить уравнения вероятностей для всех состояний,
как в предыдущем примере, и решить полученную систему урав­
нений, то найдем следующие значения финальных вероятностей
для нулевого А и произвольного Рк состояний
\ -11
2
р
Ро= 1+Р+— +
2!
\
Р
!
У
(6.8)
к
к
Р_ П
к\
о
По ним определим искомые характеристики СМО. Относи­
тельная пропускная способность — вероятность того, что заявка
будет обслужена. Она будет численно равна разности между еди­
ницей и вероятностью отказа Рдщ, т. е. вероятностью того, что все
каналы заняты:
/>ОГК = Рг = ^ Р о
г
В =1 йпс-1
(6.9)
р
г!
Ро
Абсолютную пропускную способность получим, умножая ин­
тенсивность потока заявок на вероятность их обслуживания:
г
\
\ —2—р
1 7! 0
( 6 . 10)
занятых каналов — это математическое ожида­
ние дискретной величины
г с вероятностями этих значений Р0, Рх, Р2, ..., Рг
к=0Рх+1Рх+...+гРг =р 1-Н -йО
Г !!
V
/
(6. 11)
Параметры и критерии многоканальной СМО сложным обра­
зом зависят от нагрузки системы и числа каналов. Для детального
анализа следует изучать конкретные задачи.
Рассмотрим пример, который показывает, что СМО вносит существенные коррективы в традиционные представления об обслу­
живании электрооборудования.
Пример. Предположим, в хозяйстве имеется два дежурных электромонтера.
Каждый час им поступает в среднем одна заявка на двоих на оперативное обслу­
живание электроустановок. Среднее время обслуживания заявки составляет один
час. Итак, одна заявка поступает в течение 1 ч на двух электромонтеров. Интуи­
тивно мы не предполагаем возможность отказа в обслуживании. Теперь проверим
правильность этого предположения.
Дано: г = 2 ; Х = 1 ; ц = 1 ; р = 1. Определим характеристики СМО.
Р е ш е н и е . Финальные вероятности СМО найдем по (6 .8):
Л>=
1
1+1+
1-2
\-1
= 0,4; />,=]!о,4=0,4; Р2^
1
0,4=0,2.
1-2
12
Вероятность отказа определим по (6.9): Ллк=т-г0,4=0,2.
1*2
Среднее число занятых электромонтеров рассчитаем по (6 . 11)
\
*=р 1_Р_Р =1
1 7Г°у
12
‘- Й 0’4
= 0,8.
уаь'южл видно, что не все поступающие заявки удовлетворяются. 20 % зая­
вок остаются необслуженными, хотя в среднем занят лишь один электромонтер
1аким образом, первоначальное предположение оказалось ошибочным, что под*
тверждает несостоятельность расчетов по средним величинам в ситуациях с нере­
гулируемыми потоками событий.
6.4. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
К РЕШЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАДАЧ
Прогрессивная организация технического сервиса основана на
создании такой службы, в которой одна часть исполнителей вы­
полняет плановые работы, а другая — оперативное обслуживание,
т. е. быстро устраняет отказы электрооборудования.
Процесс обслуживания оперативной службой состоит в следу­
ющем. Электрохозяйство сельскохозяйственного предприятия
имеет определенное количество электрооборудования, которое
учитывают числом условных электроустановок [1]. Отдельные
электроустановки время от времени выходят из строя и оператив­
ная служба обслуживает их, восстанавливая или заменяя.
Каждый отказ происходит в случайный момент времени. Коли­
чество отказов за сутки и за год —тоже случайная величина. Это
затрудняет правильный выбор числа исполнителей оперативной
бригады. Если выбрать по наибольшему количеству отказов, то в
отдельные периоды, когда отказов мало, исполнители будут про­
стаивать. Если выбрать по наименьшему количеству отказов, то
исполнители не всегда будут успевать устранять отказы. Расчет по
среднему количеству отказов также не гарантирует полную заня­
тость исполнителей и полное устранение отказов. Успешное ре­
шение такой задачи дают методы ТМО.
Предположим, что парк электрооборудования сельскохозяй­
ственного предприятия состоит из т условных электроустановок.
Они создают поток отказов с интенсивностью X. Оперативная
служба устраняет эти отказы с интенсивностью ц. Промежутки
времени между отказами, а также продолжительности восстанов­
ления распределены по показательному закону. Этими исходными
данными описывают простейшую СМО. Требуется определить ко­
личество каналов обслуживания —электромонтеров, обеспечива­
ющих наибольшую эффективность оперативного обслуживания.
В данном случае эффективность следует оценить экономичес­
ким критерием. Необходимо создать такую службу, чтобы затра­
ты, связанные с простоем производственных процессов и содер­
жанием оперативной службы, были бы наименьшими. Произво­
дительность устранения отказов зависит от числа исполнителей в
оперативной службе. Если исполнителей много, то отказы устра­
няют быстро и просто. При этом ущерб производственных про­
цессов не велик, но на оплату труда этих исполнителей придется
выделить большие средства, и они могут быть загружены не пол­
ностью. Если же электромонтеров мало, то простои из-за отказов
увеличиваются и возрастает ущерб производству, хотя затраты на
оперативную службу снижаются.
Такое изменение экономического критерия системы оператив­
ного обслуживания электроустановок или другой техники описы­
вают следующим уравнением:
3 = лСпр + гСг= Зпр + 3„ руб./ч,
(6.12)
где п — среднее число простаиваемых из-за отказа электроустановок (обслуживае­
мых и ожидающих обслуживания); Спр— потери в единицу времени от простоя
одной условной электроустановки; г —число электромонтеров оперативной служ­
бы; Сг— заработная плата одного электромонтера в единицу времени.
7 Ерошснко Г. П. и др.
97
Среднее число простаиваемых электроустановок численно рав­
но длине очереди системы, его определяют суммированием про­
изведений состояний А:на их вероятности Рк. По уравнениям (6 .8)
находим
м
X кЛк
п -Ь
к=г+\
М Р
во
Ъ км.
к=г+\
(6.13)
Сопоставляя (6 .8), (6.12) и (6.13), находим, что суммарные зат­
раты зависят не только от числа электромонтеров, но и от нагруз­
ки системы массового обслуживания р = Х/ц, количества электро­
установок М и удельных стоимостных показателей Сщ, и С г Для
использования выражения (6 . 12) в практических расчетах исполь­
зуют табличные данные основных характеристик оперативного
обслуживания, приведенных в таблице 6.1 [ 1].
6.1. Характеристики службы оперативного обслуживания при М = 600 у.е.
г
Ро
л
к
руб./ч
3,. руб./ч
Ст =
3, руб./ч
3
С, = * с , =
1,6 • 1(Н
1
2
3
4
0,060
0,352
0,379
0,383
12,50
1,24
0,99
0,96
0,94
0,48
0,32
0,24
3,0
6,0
9,0
12,0
12,5
1,2
0,9
0,9
37,5
3,7
2,9
2,8
15,5
7,2
9,9
12,9
40,5
9,7
11,9
14,9
2,8 • 10-3
1
2
3
4
0,091
0,171
0,184
0,196
5,22
2,05
1,75
1,00
0,83
0,56
0,42
0,30
3,0
6,0
9,0
12,0
5,2
2,0
1,7
1,0
15,6
6,0
5,1
3,0
8,2
8,0
10,7
13,0
18,6
12,0
14,1
15,0
Д руб. /ч
г, ч е л
Рис. 6.3. Характеристики оперативно
го обслуживания
3
Кроме абсолютных показателей
системы (Р0, п , к) в таблице 6.1
приведены затраты на заработную
плату Зг и на покрытие ущерба от
простоев Зпр для частного случая
Сг = 3 руб./ч, Спр=1 и 3 руб./ч.
Минимальное значение суммарных затрат соответствует опти­
мальной численности электро­
монтеров оперативной службы.
Анализ общих характеристик
(6.12), (6.13), данных таблицы 6.1
и рисунка 6.3, построенного по
данным таблицы 6 . 1, позволяет
сделать выводы о закономерноеТЯХ ■тШЫшт
построения
оперативной
службы сервиса.
Зависимость суммарных затрат от числа исполнителей имеет
ярко выраженный минимум, который определяет оптимальное
количество электромонтеров. Отступление от этого числа в мень­
шую сторону сильнее увеличивает суммарные затраты, чем в боль­
шую. С ростом удельного ущерба от простоя техники оптимум
смещается в сторону большего числа исполнителей, а абсолютный
минимум суммарных затрат возрастает.
С ростом коэффициента нагрузки СМО р = Х/ц кривая зависи­
мости суммарных затрат становится более пологой, т.е. отступле­
ния от оптимального числа исполнителей увеличивают эти затра­
ты в меньшей степени.
Оптимальное число электромонтеров оперативной службы
обеспечивают, как правило, при относительно небольшой их за­
нятости (20...50 %). Поэтому для повышения загрузки следует со­
вмещать выполнение плановых и оперативных работ этими элект­
ромонтерами.
(ругие эксплуатационные задачи рассмотрим на примерах их
решения.
Задача 1. На вход одноканальной СМО с отказами поступает
простейший поток заявок с интенсивностью X. Время обслужива­
ния имеет показательное распределение с параметром ц. В началь­
ный момент времени / = 0 канал свободен. Построить размечен­
ный граф состояний СМО. Написать и решить дифференциаль­
ные уравнения Колмогорова для вероятностей состояний СМО.
Найти финальные вероятности состояний и (для установившегося
режима) характеристики эффективности СМО: А, (?, Р ^ , к.
Р е ш е н и е . Состояния СМО: 5о — свободна; 5] —канал занят.
Граф состояний СМО показан на рисунке 6.4.
Уравнения Колмогорова:
ш
ш
Так как Ро + Р\ — \ для любого /, можно выразить р\ через ро
(р 1 = 1 —ро) и получить одно уравнение для р&
^.= -(А .+ ц)д,+ ц.
Решая это уравнение, получаем ро как функ­
цию С
Ш
-
ц
1+—е
й
Рис. 6.4. Граф состоя­
ний СМО к задаче 1
Отсюда
Л ( 0 = 1-Д ,( 0 = т ^ Г 1—е - ^ '
Х+ц*При / —»°о финальные вероятности
А )= гт-; Р\ ~\ — ,
А+|Л
Л+Ц
(616>
которые можно было бы найти и гораздо проще, решая
алгебраические уравнения для финальных вероятности
ний:
^ о = М/»ь Ро+Р\ = 1Формулы (6.16) можно записать компактнее, если ввести
обозначение р = Х/а
1
ро=т — ; а
1+р
И
р
1+р
Характеристики эффективности СМО:
0 = 1+р: Ч
Ш
<617)
Задача 2. Одноканальная СМО с отказами представляет собой
группу дежурного обслуживания, в которой дежурит один элект­
ромонтер, на вход которой поступает простейший поток вызовов с
интенсивностью X = 0,6 ч-1. Средняя продолжительность устране­
ния неисправности /обсл = 50 мин; время устранения имеет показа­
тельное распределение. Необходимо найти финальные вероятнос­
ти состояний СМО: р0 и р\, а также
А — среднее число заявок, обслуживаемое СМО в единицу вре­
мени (абсолютную пропускную способность);
О — вероятность обслуживания поступившей заявки (относи­
тельную пропускную способность);
^отк вероятность отказа, т. е. вероятность того, что поступив­
шая заявка не будет обслужена;
Ш
к — среднее число занятых каналов.
Сравнить пропускную способность СМО с номинальной, кото­
рая была бы, если бы устранение неисправности длилось точно
45 мин, а заявки шли одна за другой регулярно без перерывов.
100
По формулам (6.16)
ц
1,20
п
Л Х+ц 0,60+1,20 ’
X
0,60
п
* А ~Х+ц “ 0,60+1,20 ~ ’
0 = 1 - р , = 1-0,333 = 0,667;
А = Ц \ - р п+т) = кО = 0,60 • 0,667 = 0,400;
Ь - ^ о б о , =0,400 0,833=0,334.
И
Таким образом, электромонтер в среднем будет обслуживать
О = 0,667 поступающих к нему заявок, т. е. 0,4 вызова в час или
3 вызова в смену. Номинальная пропускная способность канала
была бы (при регулярно приходящих и регулярно обслуживаемых
заявках Аи = 1/^обсл = 1/0,833= 1,20 заявки в час, что в три раза
больше, чем действительная пропускная способность А.
Задача 3. Имеется одноканальная СМО с отказами. Поток зая­
вок — простейший с интенсивностью X. Время обслуживания —не
случайная величина и точно равно /^сл = 1/ц- Найти относитель­
ную и абсолютную пропускную способность СМО в предельном
стационарном режиме.
Р е ш е н и е . Рассмотрим на оси 01 простейший поток заявок с
интенсивностью X (рис. 6.5). Будем отмечать кружками все заяв­
ки, которые приняты к обслуживанию. Пусть какая-то заявка,
приш едш ая в момент /§, принята к обслуживанию. Тогда все за­
явки, пришедшие после нее за время 10^ , получат отказ; следую­
щей будет принята к обслуживанию заявка, пришедшая в момент
(2 такой, что ?2 —/| > /0бел- Рассмотрим интервал Т между концом
Рас. 6.5. Простейший ш у то к
ш м ж
с
шггенсимостыо X
обслуживания первой заявки и моментом /2 прихода ближайшей
следующей, которая будет принята к обслуживанию. Из-за от­
сутствия последействия в простейшем потоке распределение
интервала Т такое же, как и интервала между заявками, т. е. по­
казательное с параметром X. Средняя длина интервала Т равна
т( = 1/Х.
Итак, на оси 01 будут чередоваться неслучайные интервалы за­
нятости канала длины
= 1/ц и случайные свободные интерва­
лы со средней длиной 1/Х. На первые попадает доля всех заявок,
равная
1/И
_ X
1/ц+1/Х Х+ц’
а на вторые —доля, равная
И
1
Х+ц~Т+р’ р - ^
-
_
Л
/
Эта величина и есть относительная пропускная способность
СМО:
0 = 1/ ( 1 + р),
(6.18)
Л = Х0 = Х/( 1+р).
(6.19)
откуда
Отметим, что формулы (6.18), (6.19) совпадают с формула­
ми (6.16), соответствующими показательному распределению вре­
мени обслуживания. Это естественно, так как формулы Эрланга
остаются справедливыми при любом распределении времени об­
служивания со средним значением, равным 1/ц.
Задача 4. В сельском поселке имеется группа дежурных электро­
монтеров, которые дежурят по сменам. Такую СМО можно пред­
ставить как одноканальную с неограниченной очередью. В СМО
поступает простейший поток заявок с интенсивностью Я = 2 заявки/ч. Время обслуживания в СМО представляет собой показатель­
ное распределение со средним значением <обсл = 20 мин. Необхо­
димо найти финальные вероятности состояний СМО, среднее
число заявок, связанных со СМО,— г, среднее число заявок в
очереди
—
г,
среднее
время
пребывания
заявки
в
СМО
—
Т
.у.'
•
*
*
-1' » ^
иТй * СИСТ)
среднее время пребывания заявки в очереди — Тт .
X 2
,
,2 1
212
Ц= 1/Айсл = 3 заявки/ч; Р=Г ==у А)=1-Р = 1- “ ; Р\= Р Р о= ^= ^
Рг=Р2Ро
А
=Р
3 2Г « - —
3у
1_р
^
=2
заявки;
_2
3
2?
2
р2 [ 3 ] 4
/■ - __В__- ___3__ |
Г ^ = 7 ^ = ззаявки;
М1_ р) ( [ _ 2 ^
’
-
3
I
3
1
7т = р2 -= - К
4 4=40мин-
М1-Р) ^ 1 - ^ 3
3
Задача 5. Условия предыдущей задачи усложняются тем, что
электромонтер обслуживает за один вызов не более трех заявок
(включая обслуживаемую). Если заявка прибывает в момент, когда
электромонтер уже получил 3 заявки, то она вынуждена ожидать
своей очереди. Один час простоя электрооборудования приносит
хозяйству ущерб в размере а рублей. Определить суточный ущерб,
который понесет хозяйство при ожидании момента устранения
неисправности.
Р е ш е н и е . Вычислим среднее число заявок
ожидании:
находящихся в
г,= 1- л + 2 й+ ...= X крк = Х *р‘ а>=а> Х*р*;
А -4
*•4
1
1
Л
V » * п * Р4 - Р ( 4 - 3 Р ).
У крг =р X — р* =р X — р =р— Х р =р
2
Ф*=4
Ф 1 -Р
*=4
(1-Р)
^
. *
V
^
*
V
к _ Р4И
4 = а >Х* р
1
кш4
1,18
По формуле Литта среднее время, проводимое одной заявкой в
ожидании, /вв гвА =1,18/2=0,59 ч. За сутки (24 ч) в группу дежур­
ного обслуживания приходит в среднем тУ=24А=24-2=48 заявок.
Средний суточный ущерб составляет
У=^Гва=480,59а=28,4в.
Задача 6. На складе электротехнической службы хозяйства име­
ется два электродвигателя одного типоразмера (п = 2); выйти из
строя могут одновременно не более четырех (т = 4) электродвига­
телей этого же типоразмера. Поток электродвигателей, выходя­
щих из строя, — простейший с интенсивностью X = 1 электродви­
гатель в сутки. Время замены вышедшего из строя электродвигате­
ля имеет показательное распределение со средним значением
*обсл=6 ч. Найти финальные вероятности состояний резервного
фонда и его характеристики:
А — среднее число заявок, обслуживаемое СМО в единицу вре­
мени;
О
—А/Х —вероятность обслуживания поступившей заявки (от­
носительная пропускная способность);
^отк ~ вероятность отказа, т. е. вероятность того, что поступив­
шая заявка не будет обслужена и получит отказ, Р ^ = 1 —0 ;
к — среднее число занятых каналов;
г — среднее число заявок в СМО (обслуживаемых или ожида­
ющих в очереди);
г — среднее число заявок в очереди;
*сист ~ среднее время пребывания заявки в СМО (в очереди
или под обслуживанием);
*оч ~ среднее время пребывания заявки в очереди.
Р е ш е н и е . А = 1 электродвигатель в сутки, И=----- =—^—=4;
обсл 0,25
Р=Г Г^ °'25; Х =п ^ =20 , 1 2 5 .
По известным формулам имеем:
Ро
,1 -х "
л! п п \ 1—х
1! 2 !
-1
=0,778;
Л = ^ А .( 1 ^ л ) ; Д = ^"0,778= 0,194; д = ^ 0 ,7 7 8 = 0 ,0 2 4 3 ;
3
(л+г)
рн+г = ^ Л ,(151-50.); й = ^-0,778= 0,0030;
2-2
пп\
|® Ш * 9 § |
Л = ^ - 0 , 778=0,47-10-4.
2*2
Рж =Рп+»=й
*4 = 0,47 ; 10-*; О = 1 - Я „ - 1 - 0 , 4 7 - 1 ( Н » 1 ;
Л = Х(?= 1 • 1 = 1 заявка в сутки;
Л 1
&=—=—=0,25 электродвигателя;
-
_ ря+| 1-(/и + 1)х'"+/ях'я+1
г =---- :А)------- -— з --------ля!
(1- х )
_ 0,253-0,778 1 (4+1)-0,125 +4-0,125_ пги электродвигателя;
2-2
(1-0,125)
?=г+*=0,04+ 0,25-0,29 электродвигателя;
4 * ^ - 0 , 29суг,
^ ,1= 2^1= 0,04 сут, или приблизительно I ч
Л.
1
Из полученных данных видно, что время пребывания заявки в
СМО (/сие,.) составляет около 7 ч, а среднее время пребывания за­
явки в очереди (/^ ) — 1 ч. Если принять время пребывания заявки
в СМО равным допустимому времени простоя оборудования, то
можно определить оптимальное число электрооборудования, на­
ходящегося в резерве.
Контрольные вопросы н задания
1. Что называют системой массового обслуживания? 2. Что называют каналом
обслуживания? 3. Какую СМО называют СМО с отказами? 4. Что понимают под
потоком обслуживания? 5. Как определяют среднее время пребывания заявки в
системе? 6 . Как определяют среднее время пребывания заявки в очереди? 7. Как
определяют среднее число занятых каналов? 8 . Перечислите характеристики эф­
фективности СМО.
З а д а н и е 1. На вход одноканальной СМО с отказами поступает простейший
поток заявок с интенсивностью X = 10 ч-1; время обслуживания имеет показательное распределение с параметром ц = 0,5. В начальный момент времени /= 0 канал
свободен. Определить финальные вероятности состояний и для установившегося
режима — характеристики эффективности СМО: А; О; Рт ; к.
Задание 2. На вход одноканальной СМО с отказами поступает простейший
поток заявок с интенсивностью А. = 1 ч-1; среднее время обслуживания
^обсл =2ч. В начальный момент времени /= 0 канал свободен. Определить финаль­
ные вероятности состояний и для установившегося режима — характеристики эф­
фективности СМО: А; О; Рт ;
З а д а н и е 3. Сравнить пропускную способность СМО с номинальной, если
устранение неисправности длится 1,6 ч, а заявки идут одна за другой регулярно
без перерывов. Исходные данные приведены в задаче 2.
З а д а н и е 4. Имеется одноканальная СМО с отказами. Поток заявок — про­
стейший с интенсивностью X = 10 отказов в сутки. Время обслуживания не слу­
чайная величина и точно равно /^ ,= 3 0 мин. Найти относительную и абсолютную
пропускную способность СМО в определенном стационарном режиме.
З а д а н и е 5. Одноканальная СМО с отказами представляет собой группу де­
журного обслуживания, с одним дежурным электромонтером, в которую поступа­
ет простейший поток вызовов с интенсивностью Х = 1,6 ч“!. Средняя продолжи­
тельность устранения неисправности ^бсл=2 ч; время устранения имеет показа­
тельное распределение. Найти финальные вероятности состояний СМО.
З а д а н и е 6 . В сельском поселке имеется группа дежурных электромонтеров,
которые дежурят по сменам. Такую СМО можно представить как одноканальную
с неограниченной очередью. В СМО поступает простейший поток заявок с интен­
сивностью А, = 2,5 ч~*. Время обслуживания в СМО имеет показательное распре­
деление со средним значением
= 40 мин. Найти финальные вероятности со­
стояний СМО, среднее число заявок, связанных со СМО, среднее число заявок в
очереди, среднее время /сист пребывания заявки в СМО, среднее время
пре­
бывания заявки в очереди.
З а д а н и е 7. Условия предыдущей задачи усложняются тем, что электро­
монтер обслуживает за один вызов не более трех заявок (включая обслуживае­
мую). Если заявка прибывает в момент, когда электромонтер уже получил 3 за­
явки, то она вынуждена ожидать своей очереди. Один час простоя электрообору­
дования приносит хозяйству ущерб в размере 1600 руб. Определить суточный
ущерб, который понесет хозяйство при ожидании момента устранения неисп­
равности.
З а д а н и е 8. Электротехническая служба хозяйства получает заявки на устра­
нение неисправностей с интенсивностью X —2 заявки в час, поток заявок являет­
ся простейшим. ЭТС представляет собой одноканальную СМО с неограниченной
очередью. Время обслуживания заявки в ЭТС имеет показательное распределение
со средним значением ^обсл“20 мин. Найти финальные вероятности состояний
СМО, среднее число I заявок, связанных с ЭТС, среднее число г заявок в очере­
ди, среднее время ^иСТ пребывания заявки в СМО, среднее время Тт пребыва­
ния заявки в очереди.
З а д а н и е 9. Условия предыдущей задачи усложняются тем, что в очереди на
устранение заявки могут находиться одновременно не более трех заявок (включая
обслуживаемую). Если заявка прибывает в момент, когда в очереди уже находятся
три заявки, заявитель вынужден искать другую фирму для устранения неисправ­
ности. Из-за потери заявки ЭТС теряет 100 руб. Определить средние суточные по­
тери ЭТС.
З а д а н и е 10. Группу дежурного обслуживания, имеющую двух электромон­
теров, можно представить как простейшую СМО с отказами. На ее вход поступает
поток заявок с интенсивностью X =4 ч-1. Среднее время обслуживания одной за­
явки имеет показательное распределение со средним значением ^бсл=0,8ч. Каж­
дая обслуженная заявка приносит доход 60 руб. Содержание каждого канала обхо­
дится в 35 руб./ч. Определить:
1) выгодно или невыгодно в экономическом отношении увеличить число ка­
налов СМО до трех, т. е. увеличить число электромонтеров до трех?
2 ) выгодно или невыгодно в экономическом отношении увеличить число ка­
налов СМО до четырех?
З а д а н и е 11. С районным центром хозяйство связывает одна воздушная ли­
ния напряжением 35 кВ. Ее можно рассматривать как одноканальную СМО с от­
казами. Работающий канал может время от времени выходить из строя (отказы­
вать); поток отказов канала — простейший с интенсивностью А.= 2 отказа в квар­
тал. Восстановление (ремонт) вышедшего из строя канала начинают мгновенно
после его отказа; время ремонта
(выраженное в часах) имеет показательное
распределение с параметром у== 1 /^ = 4 ,5 ч~!. Найти вероятности состояний
СМО: А — канал исправен; 5* — канал ремонтируют.
З а д а н и е 12. На складе электротехнической службы хозяйства имеется два
электродвигателя одного типоразмера (п = 6 ); выйти из строя могут одновременно
не более четырех (т = 8 ) электродвигателей этого же типоразмера. Поток электро­
двигателей, выходящих из строя, — простейший с интенсивностью Л= 1 электро­
двигатель в сутки (X = 1 сут-1). Время замены вышедшего из строя электродвигате­
ля имеет показательное распределение со средним значением
5ч. Найти
финальные вероятности состояний резервного фонда и его характеристики.
З а д а н и е 13. Электротехническая служба хозяйства имеет группу дежурно­
го обслуживания (ДО), состоящую из двух человек с одинаковой квалификацией.
В основном в хозяйстве выходит из строя электрооборудование двух систем: вен­
тиляции и кормоприготовления. Интенсивность выхода их из строя одинакова и
равна Х0 = 6 заявок в сутки. Среднее время устранения неисправности (обслужи­
вания поступившей заявки)
т = 3 ч = 0,125 сут. Было решено для уменьшения
очереди, ускорения обслуживания поступившей заявки специализировать элект­
ромонтеров, работающих в группе ДО. Считая в первом приближении все потоки
события простейшими, проверить разумность этого предположения.
З а д а н и е 14. Электротехническая служба хозяйства имеет две бригады, выпол­
няющие все виды работ по обслуживанию электрооборудования. Интенсивность по­
тока отказов электрооборудования одинакова и равна Ао = 7 заявок в сутки. Среднее
время устранения неисправности (обслуживания поступившей заявки) /^сл = 2,4 ч =
= 0,1 сут. Было решено для уменьшения очереди, ускорения обслуживания посту­
пившей заявки специализировать бригады. Считая в первом приближении все по­
токи события простейшими, проверить разумность этого предположения.
Глава 7
ТЕХНИЧЕСКОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
7.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Техническая диагностика — наука о методах и средствах распоз­
навания технического состояния и обнаружения неисправностей
(дефектов) изделий.
Техническое диагностирование — это процесс распознавания со­
стояния объекта, конечным результатом которого служит заключе­
ние о техническом состоянии объекта, то есть какой-либо техни­
ческий 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 пара­
метры —параметры, по которым получают наиболее полные све­
дения о работоспособности объекта, оценивает 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 (на­
пример, по сопротивлению изоляции судят лишь о состоянии
электрической части электрооборудования).
Способ (алгоритм) диагностирования —это совокупность и пос­
ледовательность действий (экспериментов), позволяющих опреде­
лить техническое состояние объекта. При эксперименте на объект
подают некоторое воздействие и измеряют диагностические пара­
метры или контролируют диагностические признаки. По резуль­
татам наблюдений определяют состояние объекта. Например, ис­
пытывая изоляцию повышенным напряжением и наблюдая за то­
ком утечки, делают заключение об ее исправности.
Системы диагностирования ( СД) —это совокупность объекта,
способов и средств диагностирования. По назначению и виду ре­
шаемой диагностической задачи их условно разделяют на профи­
лактические, дифференциальные, функциональные и прогнози­
рующие.
П р о ф и л а к т и ч е с к и е СД предназначены для выявления в
процессе эксплуатации дефектных деталей и элементов, вырабо­
тавших свой ресурс, т. е. тех элементов объекта, параметры кото­
рых близки к предельно допустимым значениям (для выявления
слабых мест объекта без вывода его в ремонт). С этой целью систе­
матически проводят плановые профилактические испытания.
Д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы е СД служат для обнаружения от­
дельных неисправностей при плановом техническом обслужива­
нии и ремонте электрооборудования. По полученным результатам
уточняют вид необходимого ремонта (текущий или капитальный)
и состав его операций. Для дифференциального диагностирова­
ния применяют приборы общего и специального назначения.
Простейшими омметрами (мегаомметрами) выявляют неисправ­
ности — обрыв, замыкание в проводах, контактах, изолирующих и
других элементах электрооборудования. Специальными прибора­
ми 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.
Ф у н к ц и о н а л ь н ы е СД предназначены для оценки каче­
ства функционирования и работоспособности путем определения
комплекса эксплуатационных свойств (характеристик) электро­
оборудования при контрольных, типовых или специальных испы­
таниях и сопоставления их с номинальными или нормируемыми
значениями. Например, при контрольных испытаниях асинхрон­
ного двигателя определяют сопротивление обмоток постоянному
току, сопротивление изоляции, ток и потери холостого хода, на­
пряжение и потери короткого замыкания. Если измеренные пара­
метры находятся в пределах установленных допусков, то двигатель
признают работоспособным.
П р о г н о з и р у ю щ и е СД позволяют предсказать состояние
изделия в будущем и определить вероятный момент появления от­
каза. Для этого оценивают остаточный ресурс элементов на осно­
вании 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 прогнози­
рование освоено лишь для простейших случаев. При эксплуата­
ции электрооборудования создание прогнозирующих СД связано
с рядом методических трудностей, обусловленных сложностью
процессов старения и износа электроустановок.
В известной мере прогнозирование реализуют при профилак­
тическом испытании, так как статистические данные подтвержда­
ют высокую вероятность безотказной работы до очередного испы­
тания того электрооборудования, которое успешно выдержало те­
кущее профилактическое испытание.
Одно из главных направлений дальнейшего совершенствова­
ния технической эксплуатации энергооборудования в сельском
хозяйстве —более широкое внедрение в практику СД. Уже сейчас
в целом в профилактической системе ППР и ТО (планово-предуп­
редительные ремонты и техническое обслуживание) предусмотрен
для отдельных видов электрооборудования в составе работ по тех­
ническому обслуживанию контроль с целью прогнозирования его
состояния до следующего технического обслуживания. В последу­
ющем с помощью СД можно перейти к более прогрессивной послеосмотровой эксплуатации.
7.2. ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
Рассмотрим профилактические испытания на примере элект­
рооборудования. Электрооборудование, как отмечалось ранее, со­
стоит из неравнопрочных элементов, имеющих различные долго­
вечности. Выход из строя любого элемента приводит к отказу все­
го электрооборудования и наносит ущерб производству. Особенно
опасны непредвиденные отказы. С целью исключения таких отка­
зов, своевременного выявления и замены элементов с ухудшенны­
ми свойствами проводят профилактическое диагностирование,
которое в энергетике называют профилактическим испытанием
или контрольным измерением. В соответствии с ПГГЭ-86 и мето­
дическими указаниями по организации эксплуатации энергети­
ческого оборудования в сельскохозяйственных предприятиях про­
филактические испытания проводят как самостоятельный вид ра­
бот в дополнение к испытаниям, входящим в состав технического
обслуживания и ремонтов.
При профилактических испытаниях основное внимание уделя­
ют изоляции, поскольку она самый слабый элемент электрообору­
дования и вызывает наибольшее число отказов. При испытании
основных видов электрооборудования сельскохозяйственных
предприятий измеряют сопротивления изоляции в соответствии с
указаниями, приведенными в таблице 7.1. Кроме измерения со­
противления изоляции, в состав профилактических испытаний
для некоторых видов электрооборудования в те же сроки входят и
другие операции.
7.1. Норма и сроки профилактического измерения сопротивле ;г.
изоляции электрооборудова
Вид
электропроводки
и
электрооборудова­
ния
Напря­
жение
мегом­
метра.
В
Периодичность и другие указания по
измерениям
Силовые и
1000 В сухих помещениях не реже 1 раза в
ос ветительные
шесть лет. В особо сырых и жарких по­
проводки; рас­
мещениях, в наружных установках, а
п р едел и тел ь­
также в помещениях с химически актив­
ные устройства,
ной средой не реже 1 раза в год. Измеря­
щиты; электри­
ют между любым проводом и землей, а
ческие аппара­
также между двумя любыми проводами
ты 0,38...0,66 кВ
при снятых плавких вставках и отклю­
ченных электроприемниках
Силовые
ка­ 2500 В стационарных установках не реже 1 раза
бельные линии
в пять лет, а сезонных — перед наступле­
до 1 кВ
нием сезона
Трансфо рмато- 2500 Периодичность по местным инструкры до 355 кВ
циям
Электродвига­
Периодичносгь — по системе ППР и
тели до 0,66 кВ 1000 ТО, но для двигателей ответственных
механизмов и работающих в тяжелых ус­
(обмотка стато­
ловиях не реже 1 раза в два года
ра)
Ручной элект­
Периодичность — по системе ППР и
роинструмент 500 ТО, но не реже 1 раза в шесть лет
и переносные
светильники
Норма
сопротивления,
МОм
0,5
0,5
Не нормиру­
ют, но не
менее 70 %
предыдущего
измерения
0,5 при
температуре
+10...+30* С
0,5
1дя силовых трансформаторов определяют коэффициент абсорб­
ции К#)/К,5, значение которого не нормируется, но оно не должно
снижаться более чем на 30 % по сравнению с заводским значением
или предыдущим измерением; измеряют сопротивление обмоток
постоянному току —оно не должно отличаться более чем на ±2 %
от значений заводских или эксплуатационных измерений; проверя-
ют состояние индикаторного силикагеля воздухосушильных фильт­
ров (он должен иметь равномерную голубую окраску зерен).
Для трансформаторов мощностью свыше оЗО кВ *А, работаю­
щих с термосифонными фильтрами, дополнительно испытывают
трансформаторное масло не реже одного раза в пять лет (без
фильтров —один раз в два года). При этом определяют пробивное
напряжение, содержание механических примесей, кислотное чис­
ло, снижение температуры вспышки масла по сравнению с преды­
дущим анализом.
Для воздушных линий проверяют габаритные размеры, изоля­
торы, места соединения проводов, степень загнивания деталей де­
ревянных опор и срабатывание защиты линий. Объем и сроки ис­
пытаний регламентированы местными инструкциями.
Для асинхронных двигателей проверяют срабатывание макси­
мальной защиты путем измерения полного сопротивления петли
«фаза-нуль» с последующим определением тока однофазного ко­
роткого замыкания.
В электродных водонагревателях (котлах) измеряют удельное
сопротивление воды и добиваются, чтобы оно было в пределах
10...50 Ом ■м при 20 °С; проверяют действие защитной аппаратуры
котла.
Для защиты электроустановок проводят профилактические из­
мерения сопротивления заземляющих устройств, в сроки, уста­
новленные системой ППР и ТО, но не реже одного раза в три
года. Чтобы получить надежные результаты, измерения рекомен­
дуют проводить в периоды наибольшего удельного сопротивления
грунта. Сопротивление повторных заземлителей нулевого провода
должно быть не более 30 Ом при удельном сопротивлении грунта
р<ЮООм*м (не более 0,3 р при р>1(ЮОм-м), а нейтралей
трансформаторов и генераторов — не более 4 Ом при р < 100 Ом • м
(не более 0,04 р при р > 100 Ом • м). Заземлители электрических
котельных должны иметь сопротивление не более 4 Ом.
Для защиты персонала проводят выравнивание электрических
потенциалов. Устройства выравнивания электрических потенциа­
лов ежегодно проверяют на напряжение прикосновения и шага
или на целостность проводников, доступных для осмотра.
7.3. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ИЗОЛЯЦИИ
Под действием электрического поля в изоляции происходят
сложные процессы. Во-первых, из-за присутствия в диэлектриках
свободных зарядов, обусловленных примесями и дефектами стро­
ения, в изоляции всегда возникает ток сквозной проводимости 1т,
во-вторых, происходит замедленная поляризация, т. е. смещение
и поворот связанных дипольных молекул, создающих ток абсорб­
ции /аб- В-третьих, происходит мгновенная поляризация, пред-
ставляющая собой упругое смещение и деформацию электронных
оболочек атомов и ионов и создающая ток смещения /с.
Для изучения перечисленных процессов используют схему за­
мещения изоляции, показанную на рисунке 7.1, а. Резистор Я„3
характеризует сопротивление сквозному току; конденсатор Саб —
емкость, обусловленную дипольной поляризацией; конденсатор
Сг —емкость электронной поляризации (геометрическая ем­
кость); резистор /^б —эквивалентные потери при дипольной по­
ляризации.
На рисунке 7.1,5 показаны зависимости токов, протекающих
по изоляции, от времени нахождения под постоянным напряже­
нием. Как видно, ток абсорбции затухает по мере завершения
процессов замедленной поляризации, а ток сквозной проводимос­
ти сохраняется неизменным. Токи смещения столь кратковремен­
ны, что обычно их не учитывают. Суммарный ток / имеет затухаю­
щий характер.
Истинное сопротивление изоляции зависит от сквозного тока
и его определяют по формуле
*
^аб
где и — приложенное напряжение. В; / —суммарный ток, А; /а6 —ток абсорбции, А.
Поскольку измерение /аб связано с определенными трудностя­
ми, сопротивление изоляции рассчитывают как частное от деле­
ния напряжения на значение тока, установившегося через минуту
после включения напряжения. К этому моменту ток /аб затухает и
не вносит погрешность. Если же измерение проводить при мень­
шей выдержке времени, то может создаться неправильное пред­
ставление о сопротивлении изоляции.
Для исправной изоляции в ПУЭ и ПТЭ установлены нормати­
вы, характеризующие параметры схемы замещения. Например,
наименьшее допустимое сопротивление (МОм) изоляции электроо
о
б
Рис. 7.1. Схема замещения изоляции (а) и диаграмма токов (б)
двигателя номинальной мощностью Р„ (кВт) и напряжением свыше
1ООО В при рабочей температуре определяют по выражению
^ ,3= 1000+0,017* ’
(7Л)
где 1/и — номинальное линейное напряжение, В.
При эксплуатации электрооборудования его изоляция подвер­
гается влиянию рабочего напряжения, кратковременным пере­
напряжениям от грозовых разрядов и коммутационных операций,
механическим и тепловым нагрузкам, загрязнению, увлажнению и
другим неблагоприятным воздействиям. В результате этого свой­
ства изоляции непрерывно ухудшаются.
Из схемы замещения видно, что от качества изоляции зависят
значения токов утечки, абсорбции, смещения и мощности потерь
в цепи Д^Саб- Поэтому их принимают за диагностические пара­
метры изоляции. Дополнительно используют характеристики
электрической прочности. Задача диагностирования состоит в
том, чтобы определить фактические значения параметров и срав­
нить их с соответствующими нормами.
Основные способы диагностирования изоляции — измерение
сопротивлений изоляции, измерение емкости изоляции, измере­
ние диэлектрических потерь, испытание повышенным напряже­
нием переменного или постоянного тока.
Измерение сопротивления изоляции. Рассмотрим схемы измере­
ния электрической изоляции, для того чтобы четко уяснить, поче­
му сопротивление изоляции измеряют строго по специальной ме­
тодике.
Согласно этой методике при измерении сопротивления изоляции
одной фазы две другие фазы должны быть заземлены.
В общем случае схему измерения сопротивления электричес­
кой изоляции можно представить в виде, показанном на рисун­
ке 7.2, где ЯА, Кв, Кс — сопротивления изоляции фаз относительно
корпуса (земли); ЯАВ, КВс, &сл — междуфазные сопротивления
изоляции; РКц3— мегаомметр.
Если при измерении сопротивления изоляции одной фазы, на­
пример фазы А, одна из двух других фаз будет заземлена, допус­
тим, это фаза С, то схема на рисунке 7.2 примет вид, показанный
на рисунке 7.3.
Для схемы замещения (рис. 7.3) можно составить эквивалент­
ную схему (рис. 7.4), которую удобнее использовать в расчетах. По
этой схеме эквивалентное сопротивление Я^^ имеет вид:
я
__________ КАКЛС(ЯВКВС+КАВЯВС+ ЯВЯАВ)_________
+ДясХДвДее+ К а в ^ в с + * л
вЪ
)+ ^ а ^ а с ( ^ в +Две)
Рис. 7.2. Схема измерения электри
ческой изоляции в общем вше
Рис. 7.3. Схема измерения элекгри*
ческой изоляции при заземленной
фазе
Определим, в каком случае & та = 0. Это будет в том случае,
когда числитель равен нулю: ЯАЯА(^ЯВЯВС+ ЯАВЯВС+ Яв&лв) —О,
т. е. Ял = О, Ял с = 0 или (ЯВЯВС+ ЯЛВЯВС+ Я ^ м ) = 0. Выражение
за скобками равно нулю только в том случае, если одновременно
равны нулю Яв и Явс. Однако если только Яв = 0, тогда
КВ
^А^АС^АВ^ВС
ЩА+ ЯАс ) Я АВЯв с + ЯАялсквс
(7.2)
Если только ЯАВ= 0 , тогда
^А^АС^В^ВС
К»
(ЯА+ЯАг)ЯвЯв с +ЯАЯАг(Яд+Явс)
(7.3)
Если только ЯВг —0, тогда
^А^АС^В^АВ
(КА +ЯАС)ЯАВЯв + ЯАЯАСяв
Из полученных выражений следует,
что по результатам замеров можно сде­
лать ошибочный вывод и пропустить
неисправность, т. е. может быть пробой
изоляции в фазе В на корпус, см. (7.2),
и сопротивление изоляции между фа­
зами А п В и В и С равно нулю, см. (7.3)
и (7.4).
(7.4)
Рве. 7Л . Эквивалентная схема
замещения
Если принять, что у электродвигателей с сухой изоляцией со­
противления ЯА—Яде = Яв = Яде ~ в = Я, то можно записать:
или Л =|/^га=2,7 Яэкя.
Я«в
Таким образом, при измерении сопротивления изоляции од­
ной из фаз следует измерять эквивалентное сопротивление (Лэи,)
изоляции относительно корпуса и других фаз.
Для того чтобы сделать правильный вывод о состоянии изоля­
ции электрической машины, необходимо придерживаться следу­
ющих правил:
у
1. Измерения проводить поочередно для каждой электрически неза­
висимой цепи (фазы) при соединении всех остальных цепейс корпусом.
2. Каждую цепь (фазу) после измерения сопротивления ее изоля­
ции соединять с корпусом машины на время не менее 15 с при мощ­
ности машины до 1000кВт (или кВ- А) и не менее 1 мин при более
высокой мощности, и не менее 3 мин при применении мегаомметра
на 2500 В. '
■ /
'Р Ш
1
^ ’
Проверим правильность первого правила. Для этого рассмот­
рим случаи, когда измерения проводят в одной фазе, а две другие
фазы заземлены.
Измерения проводят в фазе А, а фазы С и В заземлены. В этом
случае схема замещения электрической изоляции примет вид, п о­
казанный на рисунке 7.5.
Тогда для эквивалентной схемы замещения, показанной на ри­
сунке 7.6, запишем:
п
_
***
^А^АС^АВ
___________________________
ЙлКш +&ас №а +К ав )
Схема замещения электри
изоляции пои измерении
Рис. 7.6. Эквивалентная
расчетная схема замеще­
ния
случае, если ЯА, ЯАг или ЯАВравны нулю. Для
ВзкяА
чтобы выяснить, какое из сопротивлений равно нулю, опыт про­
делаем не менее трех раз, т. е. для каждой из фаз.
Аналогичные измерения проводим в фазе В при заземленных
фазах А и С. В результате получаем:
^В^ВС^АВ
^эквВ
ВвЯвс +ЯАВ(Яв +ЯВС)
Причиной того, что ЯэквВ= 0, может быть то, что Яв, Явс или
Яав равно нулю. Из анализа данных, полученных при первом и
втором замерах, следует, что
К-лВ-лсВ-лв =0
ЯВЯВСЯАВ
Как видим, в матрице две величины ЯАВ, значит, ЯАВ- 0.
В случае, когда фазы Ли В заземлены, а измерения проводят в
фазе С,
Л,квС
КсКвсВАс
ЯсЯвс +ЯАС(ЯС +ЯВС)
Причиной того, что Яэквс = 0, может быть то, что Я& ЯВс или
Ялс равно нулю. Из анализа данных, полученных при первом, вто­
ром и третьем замерах, следует, что если в трех случаях получены
результаты, равные нулю, т. е.
^А^АС^АВ
явявсялв = 0,
(7.5)
Вг ЯвсЯас
то значит сопротивление изоляции между фа­
зами равно нулю.
Если в результате трех измерений только
два замера равны нулю, например Лэквс и
Яэил то значит, ЯВс - 0. Если в результате из­
мерений, например, Л,ю»с= 0 >то значит, фаза
С имеет замыкание на корпус.
Для определения того, какая из фаз имеет
замыкание на корпус, измерение необходимо
выполнять по схеме, приведенной на рисун­
ке 7.7.
При такой схеме соединения сопротивле­
ния ЯАВ, Явс и ЯАСзашунтированы и не оказы-
Рис. 7.7. Схема изме­
рений при определении
фазы, замкнутой на кор­
пус
вают влияния на результат измерения. Тогда Аж* можно записать
I
в следующем
виде:
^экв4
ЯсКв +Аа(Яс +Кв )
^экв4 ~ 0 , если одно из сопротивлений КА, Кв или Кс равно нулю.
Таким образом, для полной оценки состояния сопротивления
изоляции необходимо провести все четыре измерения.
Определение увлажненности изоляции по коэффициенту абсорб­
ции. Пусть изоляцию некоторого электрооборудования, например
электродвигателя, моделируют схемой замещения (рис. 7.1, а). Из
предыдущего рассмотрения процессов электропроводности и по­
ляризации следует, что для заведомо сухой изоляции в процессе
измерения суммарный ток ^ будет резко затухать (рисунок 7.8).
У влажной изоляции такого же двигателя суммарный ток 4лбольше
и будет затухать медленнее, потому что из-за увлажнения прирост
тока сквозной проводимости больше, чем прирост тока абсорбции.
Описанный характер изменения суммарного тока определяет ди­
намику сопротивления изоляции. При постоянном напряжении
мегаомметра сопротивление сухой изоляции
при измерении
будет резко увеличиваться, а сопротивление влажной
будет
возрастать незначительно. Следовательно, по состоянию сопро­
тивления изоляции в зависимости от продолжительности измере­
ния можно определить, увлажнена изоляция или нет.
иагностирование увлажнения изоляции состоит в измерении
мегаомметром ее сопротивления в моменты 1\и 12 (12 >
после
подачи напряжения и определения отношения Ад/Яц, называемо­
го коэффициентом абсорбции. Обычно принимают 1\= 15 с,
<2 = 60 с и рассчитывают Я^/К15. Если (/^о/Л15) > 1,3, то изоляцию
считают сухой; если (Яво/К15) < 1,3 — влаж­
ной.
Определение увлажненности изоляции
способом «емкость — частота». Соотноше­
ние величин емкостей абсорбции и смеще­
ния изоляции зависит от степени ее увлаж­
нения. В сухой изоляции преобладает
электронная поляризация, характеризуе­
мая емкостью смещения, а во влажной —
дипольная поляризация (за счет дипольных молекул воды усиливается емкость аб­
сорбции). Абсолютные значения величин
этих емкостей имеют различную зависи­
Рис. 7.8. График измене­ мость от частоты тока (рис. 7.9).
ния полного тока и сопро­
Емкость сухой Оух изоляции практичес­
тивления сухой и влажной
ки не зависит от частоты, так как поляризаизоляции
ция в ней происходит почти мгновенно, Емкость же влажной изоляции
с ростом часто­
ты убывает. Эго объясняется тем, что при малой
частоте дипольные молекулы воды успевают
следовать (поворачиваться) за полем и С^, имеет
наибольшее значение. Когда же частота стано­
вится большой, молекулы из-за своей инертно­
сти не успевают следовать за полем. Абсорбци­
онная емкость уменьшается, и ее значение при­
ближается к емкости, обусловленной лишь
электронной поляризацией. Поэтому по степе­ Рис. 7.9. Графики из­
ни изменения емкости от частоты можно опре­ менения емкости сухой
делить увлажненность изоляции.
и влажной изоляции
|,иагностирование увлажнения состоит в
измерении емкости изоляции при частоте /\
и 1г (?2 >/\) и определении отношения С^/Ср. Обычно прини­
мают /1 = 2 , /2 = 50 Гц и измеряют соответственно С2 и С50.
Если (С 2/С 50) < 1,2, то изоляция сухая, если (С 2/С 50) >1,2 — ув­
лажненная. Такой способ диагностирования проводят при помо­
щи прибора контроля влажности изоляции.
Определение местных дефектов изоляции по частичным разрядам.
Электрическое поле в области исправной изоляционной системы
содержит основную гармонику. При появлении в изоляции ка­
верн, расслоений, трещин и других дефектов равномерность поля
в них нарушается, возникают частичные разряды, создающие вы­
сокочастотные колебания. Обнаружение этих колебаний при по­
мощи специального прибора (индикатора частичных разрядов —
ИЧР) позволяет выявить наличие дефектов, а в отдельных случаях
место их расположения. Принцип действия ИЧР основан на ис­
пользовании воздействия электрических нестационарных процес­
сов, сопровождающих разряды, на электрический колебательный
контур или антенну, усилитель и измерительный прибор.
Алгоритм диагностирования состоит в следующем. На изоля­
цию подают повышенное напряжение. Приемным колебательным
контуром или антенной ИЧР исследуют пространство вокруг
изоляционной системы. При этом измерительный прибор ИЧР
позволяет зафиксировать высокочастотные колебания и выявить
место, где они имеют наибольший уровень. Обычно это место
совпадает с местным дефектом. Известны схемы, в которых ИЧР
подключают к исполнительной цепи через разделительный кон­
денсатор.
Определение местных дефектов изоляции по току сквозной провомости. В исправной изоляции ее сопротивление сохраняет по­
стоянное значение в большом диапазоне измерения испытатель­
ного напряжения. При появлении местных дефектов сопротивле­
ние снижается по мере увеличения напряжения. В зависимости от
степени развития и характера неисправности изоляции снижение
сопротивления начинается при различных напряжениях. Таким
образом, исправная изоляция имеет линейную, а неисправная —
нелинейную вольт-амперную характеристику.
Изоляцию проверяют в следующей последовательности. Под­
ключают через микроамперметр обмотку одной из фаз к регулиру­
емому источнику переменного напряжения. Плавно увеличивают
напряжение до 1200 В и записывают ток утечки 1\
. Затем повыша­
ют напряжение до 1800 В и записывают ток утечки /2. Аналогич­
ные измерения проводят для остальных фаз. Когда нулевая точка
обмотки недоступна, то к источнику подключают один из выводов
обмотки, т. е. испытывают сразу изоляцию трех фаз. Изоляцию
считают исправной, если при повышении напряжения не наблю­
дают бросков тока; ток утечки при напряжении 1800 В не превы­
шает 95 мкА для одной фазы (230 мкА для трех фаз); относитель­
ное приращение токов не более 0,9; коэффициент несимметрии
токов утечки фаз не превышает 1,8 .
Определение износа изоляции по значению диэлектрических по­
терь. Из схемы замещения изоляции (рис. 7.1, а) видно, что при
подаче переменного напряжения V установившийся ток будет
иметь две составляющие: /а — активный ток, зависящий от сопро­
тивления изоляции Ят ; /с — реактивный ток, зависящий в основ­
ном от реактивной проводимости абсорбционной ветви
и частично от емкости электронной поляризации (геометричес­
кая емкость) Сг. Потребляемая мощность также будет иметь две
составляющие, одна из которых — мощность диэлектрических
потерь
Р = Шс \
.%
5,
где 188 = Л //с — тангенс угла диэлектрических потерь.
Диэлектрические потери зависят от вида диэлектрика и от его
состояния. Тепловой износ, посторонние включения и влага ухуд­
шают качество изоляции, что приводит к увеличению 1§5 по срав­
нению с новой изоляцией. Поэтому по значению 1§8 можно опре­
делить степень износа изоляции. Диагностирование изоляции по
используют для определения состояния в основном высоко­
вольтного электрооборудования. Для измерения угла диэлектри­
ческих потерь применяют схему высоковольтного моста или схему
с ваттметром. Последняя проста и удобна, однако ее недостаток в
том, что получают меньшую точность измерений, чем при помо­
щи схемы моста.
Зависимость сопротивления изоляции от температуры. Сопротив­
ление изоляции — величина изменчивая, поскольку зависит от
многих факторов. Наибольшее влияние на нее оказывают темпе­
ратура и влажность, с увеличением которых сопротивление изоля­
ции снижается. Цель измерения сопротивления изоляции — уста­
новление возможности проведения испытании машины или
включения ее в сеть без риска повреждения.
Такие измерения проводят мегаомметром, который содержит
источник питания постоянного напряжения. Если применяют ме­
гаомметр с генератором постоянного тока, то его ручка должна
вращаться непрерывно и равномерно, пока стрелка прибора не ус­
тановится; при всяком замедлении или перерыве во вращении об­
мотка разряжается через мегаомметр на корпус, что затягивает из­
мерение или вызывает дополнительные погрешности, особенно
для обмоток крупных машин, имеющих значительную емкость.
Основной критерий суждения о допустимом состоянии изоля­
ции обмоток — сравнение сопротивления изоляции в процессе эк­
сплуатации. При этом температура, при которой проводят измере­
ния, должна быть одинаковой, т. е. /[ = 1 2 = ... =
где п — очеред­
ной номер измерений, а продолжительность измерения должна
быть равна 1мин.
Если сопротивление изоляции уменьшилось более чем на 30 %
по сравнению с предыдущим, то сопротивление изоляции счита­
ют недопустимым. Более подробно объем, периодичность и дру­
гие нормы испытаний электрооборудования приводят в первом
разделе ПУЭ. Здесь указано, что при температуре изоляции, рав­
ной 25...30 "С, ее сопротивление должно быть не меньше опреде­
ляемого по формуле (7.1), но не менее 0,5 МОм.
Полное заключение о состоянии изоляции делают по совокуп­
ности результатов измерений. Но в ряде случаев выделяют отдель­
ные параметры, по которым в некоторых условиях достаточно
полно оценивают качество изоляции. Такой подход оправдан для
выявления конкретных неисправностей изоляции (увлажнение,
старение и т. п.).
7.4. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ КОНТАКТОВ
Электрическая цепь любого электрооборудования содержит
различные элементы, которые между собой соединены при помо­
щи электрических контактов. Например, в низковольтной сети на
один трехфазный электроприемник в среднем приходится около
60 электрических контактов. От состояния любого из них зависит
работоспособность всей электроустановки. Поэтому регулярный
контроль электрических контактов — важная составная часть ра­
бот по обеспечению высокой надежности электрооборудования.
Электрическим контактом называют место перехода тока из
одной токоведущей части в другую. По своему назначению кон­
такты разделяют на соединительные и коммутирующие. Первые
из них служат только для соединения различных элементов элект­
рической цепи, а вторые предназначены для включения, отключе­
ния и переключения электрической цепи.
Известно большое число конструктивных исполнений кон­
тактов.
Соединительные контакты разделяют на разборные (болтовые,
винтовые, клиновые) и неразборные (сварные, паяные, клепаные
и т. п.).
Коммутирующие контакты классифицируют по признаку под­
вижности (подвижные, неподвижные), по степени подвижности
(самоустанавливающиеся, несамоустанавливающиеся), по геомет­
рической форме (точечные, линейные, поверхностные), по виду
охлаждения (естественное, искусственное), по назначению (глав­
ные, дугогасительные, дополнительные) и по другим признакам.
Параметры контактов. Состояние контактов оценивают по о п ­
р е д е л я ю щ и м или в с п о м о г а т е л ь н ы м параметрам. К пер­
вым из них относят переходное сопротивление, падение напряже­
ния и температуру нагрева контактов, а ко вторым — площадь со­
прикосновения, раствор, провал и усилие сжатия контактов.
Переходным сопротивлением контакта называют дополнитель­
ное сопротивление в месте перехода тока из одной контактной
поверхности в другую, обусловленное, во-первых, сужением пло­
щади сечения контакта в неровностях поверхности, во-вторых,
сопротивлением газовых и масляных пленок, а также пыли, ад­
сорбированных поверхностью контакта. Значение переходного
сопротивления зависит от многих факторов, главные из кото­
рых — микрорельеф, усилие сжатия и материал контактной по­
верхности.
Допустимое падение напряжения на переходном сопротивле­
нии контакта зависит главным образом от материала контакта, и
его выбирают из условия отсутствия размягчения металла контак­
тов, работающих в номинальном режиме. Для низковольтной ап­
паратуры установлены следующие допустимые падения напряже­
ния на контакте: серебро — 0,01...0,02 В, медь — 0,01...0,03 В, алю­
миний — 0,01...0,04 В, железо — 0,02...0,05 В.
Сопротивление контактов не остается постоянным в процессе
эксплуатации. Оно представляет собой источник дополнительных
потерь, и поэтому температура контактной поверхности всегда
выше температуры прилегающих проводников. Под действием
кислорода это приводит к образованию на поверхности металла
пленки, толщина которой с течением времени увеличивается, что
ведет к росту переходного сопротивления и дополнительному на­
греву. В некоторый момент времени под действием температуры и
электрического поля пленка разрушается и переходное сопротив­
ление падает до первоначального значения. Затем процесс повто­
ряется вновь и вновь. Н о в некоторых случаях такое самоочище­
ние не происходит, контакт может разогреться и выйти из строя.
Для надежной работы контактов необходимо строго соблюдать
установленные нормы для температуры нагрева: коммутирующие
контакты из меди без покрытия — 85 °С, с серебряным покрыта -
■
к
I
I
1
ем — 240 °С; соединительные контакты внутри аппаратов из
меди — 95 °С, с покрытием неблагородными металлами — 105 вС, с
серебряным покрытием — 135 "С (при расчетной температуре ок­
ружающей среды 45 °С).
Площадь соприкосновения контактов характеризует качество их
настройки или степень износа. В исправном состоянии фактичес­
кая площадь соприкосновения составляет не менее 70 % номи­
нальной площади контакта.
Раствором контактов называют наибольшее расстояние между
поверхностями соприкосновения при разомкнутом состоянии
контактов. В зависимости от типа аппарата эта величина может
быть от 3 до 50 мм.
Провалом контактов называют расстояние, на которое переме­
щается подвижный контакт, не теряя соприкосновения с непод­
вижным контактом при размыкании или замыкании цепи. Для
низковольтных аппаратов провал составляет 3...6 мм.
Измерение параметров. Переходное сопротивление контактов из­
меряют при постоянном или переменном токе. Для этого исполь­
зуют микроомметры, двойные мосты или применяют схемы с
милливольтметром. У нового контакта переходное сопротивление
не должно превышать сопротивления целого эквивалентного уча­
стка проводника в 1,2 раза. В процессе эксплуатации допускается
увеличение сопротивления, но не более чем в 1,8 раза по сравне­
нию с начальным значением.
Падение напряжения на переходном сопротивлении измеряют
милливольтметром или гальванометром, пропуская через контакт
номинальный постоянный ток. Для этого используют различные
нагрузочные установки. Сельские электротехнические службы для
этого оснащают универсальными стендами, которые позволяют
определить падение напряжения, а также выполнить ряд других
операций.
В исправном контакте отношение падения напряжения на нем
к падению напряжения на целом эквивалентном участке не долж­
но превышать 1, 1...1,2. Если в процессе эксплуатации это отноше­
ние превысит 1,7, то необходимы ремонт или замена контакта.
7.5. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ
И ТЕКУЩЕМ РЕМОНТЕ
Создание новых способов и средств диагностирования позво­
лит в будущем перейти к прогрессивной послеосмотровой техни­
ческой эксплуатации электрооборудования. На современном эта­
пе есть предпосылки для внедрения отдельных систем диагности­
рования, которые позволяют уточнять объемы ремонтных работ и
сроки их проведения, а также определять исправность электро­
оборудования при списании электрифицированной техники.
Для развития этого направления разработаны рекомендации по
организации ремонта и технического обслуживания электрообо­
рудования на основе диагностирования. В них обобщены способы
диагностирования основных видов электрооборудования и увяза­
ны с типовым составом работ при их техническом обслуживании и
текущем ремонте.
При техническом обслуживании диагностирование проводят с
целью оценки технического состояния (работоспособности) и
подтверждения, что электрооборудование не требует ремонта до
очередного технического обслуживания. Объем диагностирования
в этом случае ограничен измерением минимального числа пара­
метров, несущих информацию об общем техническом состоянии
электрооборудования. Диагностические параметры, определяе­
мые при техническом обслуживании, перечислены в таблице 7.2.
При текущем ремонте диагностирование проводят с целью опре­
деления остаточного ресурса основных узлов и деталей, установле­
ния необходимости их замены или ремонта, а также для правильно­
го принятия решения о сроках капитального ремонта электрообо­
рудования. Перечень диагностических параметров, измеряемых
при текущем ремонте, приведен также в таблице 7.2.
7.2. Диагностические параметры, измеряемые при техническом обслуживании (ТО)
и текущем ремонте (ТР) двигателей и генераторов
Параметр
Токи утечки:
абсолютные значения при 1/\и Щ
приращение тока
несимметрия токов по фазам
Сопротивление изоляции обмотки
Коэффициент абсорбции
Амплитуда вибрации
Ток нагрузки
Температура корпуса и подшипни­
ковых щитов
Степень искрения щеток
Электрическая прочность витковой
изоляции Щ
Стабильность тока фазы при
проворачивании ротора
Тангенс угла диэлектрических потерь
Радиальный зазор подшипников
Двигатели
единых серий
то
ТР
—
+
+
+
+
+
—в
—
1&
О
Ш
н+
+
+
+
—
■—7
—
—
—
+
——
—
+
+
+
+
+
—
—
то
—
+
Я'—4
_
+
—
+
+
тшштт
+
+
Генераторы
—
—
+
+
+
+
+
_
_
—
Погружные
двигатели
то
ТР
+
— тшй — щ
ТР
+
—
—
+
+
+
ц+
—
_
— й —»
П р и м е ч а н и е . Для двигателей единых серий принимают 1/1 = 1200,
= 1800,
= 1000 В; для погружных двигателей
=600, 1/2 = 1000 В; для генераторов
щ =500, Щ = 1000, Щ = 800 В. Нормативы на токи утечки, сопротивление изоля­
ции и коэффициент абсорбции приведены в подразделе 9.3 [1]. Допустимые зна­
чения зазоров подшипников приведены в системе ППР и ТО. Витковую изоля­
цию испытывают высокочастотным аппаратом ВЧФ-5-3.
Техническое состояние изоляции обмоток электродвигателя
относительно корпуса и между фазами считают удовлетворитель­
ным, если токи утечки не превышают нормативов. Если измеряе­
мые токи утечки достаточно большие, но примерно одинаковы
между собой, то изоляция обмоток увлажнена или сильно загряз­
нена. Если токи утечки в фазах отличаются в 1,5...2 раза и более,
то это говорит о наличии местных дефектов в изоляции фазы с
большей силой тока утечки. Для определения местонахождения
дефекта вначале измеряют ток утечки обмоток фазы с дефектной
изоляцией относительно корпуса при незаземленных обмотках
других фаз, а затем при заземленных. Большие токи утечки в пер­
вом случае свидетельствуют о наличии местных дефектов в изоля­
ции обмотки фазы относительно корпуса, во втором — в межфазной изоляции.
Техническое состояние ротора можно определить несколькими
способами. Наиболее частое повреждение — обрыв стержней ро­
торной обмотки. Признаком обрывов стержней короткозамкну­
тых обмоток ротора служит повышенная вибрация и шум при ра­
боте, увеличивающиеся с ростом нагрузки. При этом наблюдают
периодические изменения амплитуды вибрации и шума с часто­
той, зависящей от скольжения электродвигателя. При обрыве
стержней короткозамкнутых обмоток роторов стрелки ампермет­
ров, включенных в цепь питания электродвигателя, совершают
периодические колебания. На практике при определении техни­
ческого состояния короткозамкнутой обмотки ротора измеряют
ток обмотки статора при поворачивании ротора вручную. Для это­
го одну или две фазы обмотки статора включают на напряжение
(0,1...0,15)С^. При медленном проворачивании ротора измеряют
ток в цепи питания. Изменение тока в обмотке статора свидетель­
ствует об обрыве стержней роторной обмотки. Оно зависит от
числа и взаимного расположения поврежденных стержней. Элект­
родвигатель можно использовать без ремонта или замены ротора,
если изменение тока относительно среднего значения не превы­
шает 10%. Местонахождение поврежденных стержней роторной
обмотки определяют после разборки двигателя.
При техническом диагностировании электронагревательных
установок в процессе ТО определяют сопротивление изоляции на­
гревательных элементов и потребляемый ток, а при текущем ре­
монте дополнительно измеряют сопротивление нагревательных
элементов, температуру срабатывания автоматических регулято­
ров и температуру нагреваемой среды на выходе установки.
Для оценки технического состояния низковольтной аппарату­
ры в соответствии с системой ППР и ТО рекомендуют определять
следующие диагностические параметры:
изоляцию катушек и токоведущих частей. Сопротивление изо­
ляции относительно магнитопровода или заземленных частей ап­
парата, измеренное мегаомметром на 100 В, не должно превышать
следующих значений: у магнитных пускателей и автоматических
выключателей — 0,07 В при номинальном токе выше 50 А (0,11 В
при меньшем токе); у аппаратов со скользящими контактами (ру­
бильники, пакетные выключатели) — 0,02 В. Площадь соприкос­
новения, провал, раствор и нажатие контактов определяют в соот­
ветствии с подразделом 9.5;
электромагнитные расщепители автоматических выключателей.
Должны срабатывать за 0,2 с при напряжении сети 380 В и 0,45 с в
сети 220 В;
тепловые расцепители автоматических выключателей. Время
срабатывания при температуре 25 °С должно быть не более 1 ч,
30 мин и 10 с соответственно при токовой нагрузке 1,1; 1,35 и 6 /н,
где /„ — номинальный ток защищаемой цепи;
токовые тепловые реле. Время срабатывания не должно превы­
шать 20 мин при токе 1,2/н. При номинальном токе защищаемой
цепи тепловое реле не должно срабатывать.
Работы по техническому диагностированию выполняют инже­
неры, техники и опытные электромонтеры. Один из исполните­
лей работ должен иметь квалификационную группу по технике
безопасности не ниже IV, а остальные исполнители — не ниже III.
Контрольные вопросы и задания
1. Что такое техническая диагностика и техническое диагностирование? 2. Рас­
скажите о профилактических испытаниях электрооборудования. 3. В чем заклю­
чается диагностирование изоляции и электрических контактов? 4. Расскажите о
диагностировании при техническом обслуживании и текущем ремонте электро­
оборудования. 5. Опишите методику проведения измерений сопротивления
изоляции. 6. Назовите способы обнаружения неисправностей. 7. По каким при­
знакам можно классифицировать процессы контроля?
З а д а н и е 1. При измерении сопротивления изоляции фазы А электродвига­
теля было получено нулевое значение (фазы В и С заземлены). Кроме этого, было
получено нулевое значение при измерении сопротивления изоляции по схеме,
приведенной на рисунке 7.7. Сделать вывод о состоянии междуфазной изоляции и
изоляции между фазой и корпусом электродвигателя.
З а д а н и е 2. В процессе измерения сопротивлений изоляции электродвигате­
ля были получены следующие результаты:
Измеряемая фаза
А
В
Заземленные фазы
ВиС
Аи С
Результат измерения
0
0
Сделать вывод о состоянии междуфазной изоляции и изоляции между фазой и
корпусом электродвигателя.
З а д а н и е 3. Измерения сопротивления изоляции проводились при разных
температурах электрической машины (см. далее). Привести полученные результа­
ты к температуре 75 "С.
Полученные значения сопротивлений изоляции:
Температура электрической машины, °С
20
40
50
60
Результат измерения, /?,, МОм
100
75
50
30
Р а з д е л III
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Глава 8
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
8.1. ПРИЕМКА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ
Комиссии, их состав и задачи. После окончания строительно­
монтажных работ по сооружению воздушной линии (ВЛ) строи­
тельная организация письменно извещает заказчика о готовности
ВЛ к сдаче в эксплуатацию. Заказчик совместно со строительной
организацией назначает рабочую комиссию, проводящую техничес­
кую приемку линии электропередачи (тщательный осмотр, про­
верку документации и испытание линии) и составляющую акты и
протоколы с перечислением обнаруженных дефектов и недоделок.
Приемку ВЛ осуществляют в соответствии с Правилами приемки
в эксплуатацию законченных строительством предприятий, зда­
ний и сооружений; Правилами сдачи-приемки выполненных
электромонтажных работ. Эти правила запрещают приемку линии
электропередачи с недоделками, препятствующими ее нормаль­
ной эксплуатации, и отступлениями от проекта, не согласованны­
ми с заказчиком и проектной организацией, а также без проведе­
ния испытаний и проверки линии. После устранения недоделок и
дефектов, отмеченных в актах рабочей комиссии, линию электро­
передачи вторично осматривают и составляют протокол обследо­
вания с отметкой о готовности ее к включению.
Приемку линий электропередачи в эксплуатацию проводит Го­
сударственная приемочная комиссия, назначаемая соответствующи­
ми министерствами и ведомствами. В состав комиссии входят
представители заказчика и всех организаций, участвовавших в со­
оружении линии: управления электросетей, проектной организа­
ции, пожарной инспекции, инспекции по охране водных ресурсов
и других организаций.
На основании актов рабочей комиссии, изучения документа­
ции и осмотра линии Государственная комиссия определяет каче­
ство работ по объекту в целом, готовность линии к сдаче в эксплу­
атацию и выдает письменное разрешение на включение линии.
Включение линии под напряжение проводит эксплуатационный
персонал после письменного уведомления строительной органи­
зацией о том, что ее работники предупреждены о предстоящем
включении. После нормальной бесперебойной работы линии
электропередачи в течение суток Государственная приемочная ко­
миссия оформляет акт передачи линии в эксплуатацию.
Документация. Организация, осуществляющая строительство
линии электропередачи, представляет рабочей комиссии следующую
документацию:
•
ведомость объектов, предъявляемых к сдаче, с указанием основ­
ных и вспомогательных сооружений и их краткой характеристикой;
ведомость отклонений от проекта с указанием причин, вызвав­
ших эти отклонения, и документы по их согласованию;
комплект рабочих чертежей на сдаваемый комплекс работ с
внесенными в них изменениями и отклонениями от проекта (ис­
полнительные чертежи);
трехлинейную схему линии с нанесением расцветки фаз,
транспозиции проводов и номеров транспозиционных опор;
акт приемки трассы линии;
журналы работ по устройству фундаментов и заземления опор;
акты приемки скрытых работ по фундаментам и заземлению;
журналы работ по сборке и установке опор;
акты приемки установленных опор под монтаж проводов и
тросов;
журналы соединений проводов, монтажа натяжных, петлевых
соединительных и ремонтных зажимов;
журналы монтажа проводов и тросов анкерных участков и ин­
вентарные описи анкерных пролетов;
протоколы контрольной проверки стрел провеса проводов и га­
баритов линии;
акты осмотров и замеров габаритов на пересечениях линий
электропередач, составленные совместно с владельцами пересека­
емых сооружений;
протоколы измерений сопротивлений заземления, соединений
проводов, испытаний и осмотров разрядников.
Всю документацию составляют строительно-монтажные орга­
низации в процессе строительства линии электропередачи, и под­
писывают ее ответственные руководители — прорабы и мастера,
исполнители работ — бригадиры и представители технического
надзора заказчика — инспекторы по приемке и качеству работ.
Журналы работ и акты осмотров должны быть составлены по ут­
вержденной форме.
Заказчик представляет Государственной комиссии следующую
документацию:
по отводу земель под трассу линии, согласованную с соответ­
ствующими организациями;
по пусконаладочным работам;
утвержденное проектное задание и проект линии электропере­
дачи;
акты осмотров линии рабочей комиссией, ведомости недоде­
лок и протоколы обследования линии после устранения недоде­
лок;
паспорт линии электропередачи.
Документацию после окончания работы Государственной при­
емочной комиссии и включения линии передают эксплуатацион­
ной организации.
Особенности приемки в эксплуатацию ВЛИ 0,38 кВ. В последнее
время в электрических сетях России внедряют воздушные линии
электропередачи напряжением 0,38 кВ с самонесущими изолиро­
ванными проводами (ВЛИ 0,38 кВ), поэтому рассмотрим основ­
ные особенности их приемки в эксплуатацию.
Воздушные линии с самонесущими изолированными прово­
дами, подлежащие приемке в эксплуатацию, должны быть про­
верены на соответствие строительно-монтажных работ и линии в
целом проектной документации и требованиям нормативно-тех­
нических документов. Должны быть выполнены выборочные
проверки конструкций опор, элементов и узлов ВЛИ 0,38 кВ, ре­
зультаты которых оформляют протоколами в установленном по­
рядке. Выборочным проверкам подлежат:
опоры, глубина их установки в грунте, качество засыпки котло­
ванов;
скрученный в жгут изолированный провод;
элементы крепления анкерных и поддерживающих зажимов к
опорам, стенам зданий и сооружениям;
анкерные, поддерживающие, соединительные и ответвительные зажимы;
защитные изолирующие накладки, кожухи, колпачки, изоли­
рующие бандажные ленты и хомуты;
зажимы и устройства заземлений и защиты от перенапряже­
ний;
габариты, приближения, пересечения и сближения, в том числе
на опорах;
сопротивления петли «фаза-нуль»;
сопротивления заземляющих устройств.
8.2. ОСМОТРЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ
Осмотры ВЛ подразделяют на периодические (плановые) и
внеочередные.
Периодические осмотры делят на дневные, ночные, верховые и
контрольные. При д н е в н ых о с м о т р а х (1 раз в месяц) прове­
ряют состояние элементов ВЛ, находящихся под напряжением,
подтягивают бандажи, восстанавливают нумерацию опор, при по­
мощи бинокля осматривают верхние элементы линии. Во время
н о ч н ы х о с м о т р о в ВЛ, находящейся под напряжением, опре­
деляют состояние контактных соединений в проводах линии и
выявляют дефектные лампы уличного освещения. При обнаруже­
нии неисправности аварийного характера обходчик обязан немед­
ленно сообщить об этом руководству. Такую неисправность следу­
ет устранять незамедлительно. Во в р е м я в е р х о в ы х о с м о т ­
р о в (1 раз в шесть лет), при отключенной и заземленной ВЛ,
проверяют крепление изоляторов и арматуры, степень загрязне­
ния изоляторов, состояние верхних частей опор и соединений
проводов, а также натяжение и крепление оттяжек и т. д. К о н т ­
р о л ь н ы е в ы б о р о ч н ы е о с м о т р ы (они могут быть днев­
ными, ночными и верховыми) выполняет инженерно-техничес­
кий персонал с целью проверки противоаварийных мероприятий,
проведения общей оценки состояния ВЛ и их трасс.
Внеочередные осмотры ВЛ проводят после аварий, ураганов, ту­
мана, при ледоходах, разливах рек, пожарах вблизи линий, голо­
ледах, морозах (температура ниже —40 °С), а также после автома­
тического отключения линии. Все повреждения, нарушения и де­
фекты, обнаруженные во время осмотров, записывают в журнал.
8.3. ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРОВЕРКИ
Проверка состояния деревянных опор. Один из основных недо­
статков деревянных опор — их подверженность загниванию. Заг­
нивание древесины быстро развивается при влажности 30...60 % в
подземной части приставок, торцах деталей опор и местах сопря­
жения деталей, где долго задерживается влага. Степень загнива­
ния древесины опоры определяют на глубине 30...40 см ниже
уровня земли, на уровне земли, у верхних бандажей, в местах зак­
репления раскосов. По глубине и характеру распространения заг­
нивания находят эквивалентный диаметр оставшейся здоровой
части древесины и решают вопрос о необходимости замены той
или иной части опоры.
Внешним осмотром выявляют поверхностные очаги загнива­
ния, трещины. При простукивании молотком по звуку определя­
ют наличие внутреннего загнивания. Глубину загнивания измеря­
ют при помощи специальных приборов, щупов или буравчиков.
Загнивающие участки измеряют в трех точках по окружности.
Среднюю глубину поверхностного загнивания в каждом сечении
находят как среднее арифметическое результатов измерения, пос­
ле чего определяют диаметр здоровой части древесины. Опору
бракуют, если диаметр здоровой части древесины меньше допус­
тимого предела, найденного расчетом на механическую проч­
ность. При эквивалентном диаметре больше расчетного на 2...4 см
участок опоры, находящейся в эксплуатации, проверяют ежегод­
но, а при большем диаметре — каждые три года. При наличии
крупных сучков и сквозных трещин, ослабляющих древесину, при
определении эквивалентного диаметра вносят поправку, умень­
шающую диаметр на 1...2 см.
Проверка состояния железобетонных опор и приставок. На опо­
рах допускается наличие раковин и выбоин, если их габаритные
размеры не превышают нормативных пределов. Железобетонные
опоры с трещинами, имеющими ширину раскрытия более 0,6 мм,
и при наличии нескольких трещин в одном сечении или расслое­
нии бетонной поверхности и оголении арматуры заменяют на
новые.
Проверка заземляющих устройств. При проверке заземляющих
устройств выборочно вскрывают грунт, определяют глубину зало­
жения устройства (не менее 0,5 м, а на пахотной земле — 1 м) и га­
баритные размеры стальных заземлителей и заземляющих провод­
ников. Диаметр круглых заземлителей и заземляющих проводни­
ков должен быть не менее 6 мм, а при прямоугольной площади
сечения — 48 мм2.
Сопротивление заземляющих устройств следует измерять в пе­
риоды наименьшей проводимости почвы: летом — при наиболь­
шем просыхании почвы, зимой — при наибольшем промерзании.
Его измеряют специальными приборами. При этом питающее
электроустановку напряжение должно быть отключено. Для на­
дежной работы плавких вставок предохранителей и отключения
автоматических выключателей при однофазном замыкании в кон­
це линии сопротивление петли «фаза-нуль» должно быть таким,
чтобы при токе однофазного короткого замыкания, в сети напря­
жением 380 В, время срабатывания плавкой вставки или мгновен­
ного расцепителя автоматического выключателя не превышало
0,2 с, а в сети 220 В — 0,4 с.
Проверка стрел провеса и габаритных размеров ВЛ. Эти парамет­
ры можно измерять без снятия и со снятием напряжения. Без сня­
тия напряжения габаритные размеры линий определяют при по­
мощи теодолитов, специальных оптических угломерных приборов
или изолирующих штанг. Наиболее точный из них — первый спо­
соб. Им измеряют угол а между прямой, соединяющей провод с
местом установки прибора, и прямой, соединяющей прибор с
проекцией точки провода на земле. Затем по известным формулам
тригонометрии находят расстояние И между проводом и землей.
На горизонтальном участке трассы к = 1Х%а + /, где /) — горизон­
тальное расстояние от теодолита до проекции провода, / — высота
теодолита от земли.
Для непосредственного измерения габаритных размеров линии
применяют изолирующие штанги. Один из монтеров касается
провода линии концом штанги, другой замеряет расстояние меж­
ду нижним концом штанги и землей. Расстояния от проводов ВЛ
до поверхности земли при снятом напряжении, как и расстояния
по горизонтали от проводов до строений, деревьев и т. п., также
измеряют штангой.
Стрелы провеса измеряют угломерными приборами или (чаще)
методом глазомерного визирования. На стойках смежных опор
закрепляют параллельно земле по одной рейке на расстоянии по
вертикали от точки крепления провода, равном значению стрелы
провеса провода при данной температуре. Наблюдатель распола­
гается на одной из опор так, чтобы его глаза были на уровне рей­
ки. Электромонтер перемещает ее до тех пор, пока низшая точка
провисания не будет находиться на прямой, соединяющей обе ви­
зирные рейки. Стрелу провеса определяют как среднее арифмети­
ческое расстояний от точек подвеса провода до каждой рейки.
Фактическая стрела провеса проводов не должна отличаться от
нормируемой величины более чем на 5 %.
8.4. ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИИ
Особенности ремонта ВЛ заключаются в том, что восстановле­
ние дефектных участков проводят непосредственно на месте по­
вреждения. Это обстоятельство требует организации и подготовки
рабочего места, для чего необходимо: доставить к месту работ ин­
струмент, механизмы, приспособления и материалы, необходи­
мые для ремонта, выполнить ограждение рабочего места и обеспе­
чить безопасность труда ремонтного персонала.
Основные причины, вызывающие повреждения или разрушения
участков ВЛ, — наводнения, половодья, ледоходы в районе про­
хождения ВЛ; ураганные ветры; гололед и ледяные «сосульки» на
проводах; низкие температуры воздуха; местные очаги пожара
(возгорания) вблизи линии; нарушение правил перегона сельско­
хозяйственной техники.
Требования к надежности электроснабжения современного,
полностью электрифицированного сельскохозяйственного произ­
водства очень велики. Особенно высокие требования к надежнос­
ти электроснабжения предъявляют на животноводческих комп­
лексах и птицефабриках. Перерыв в электроснабжении таких
предприятий причиняет значительный материальный ущерб. Не­
обходимо считаться и с неудобствами сельского населения, кото­
рые возникают при отключениях ВЛ. Поэтому обслуживающий
персонал обязан содержать в исправности все элементы ВЛ, и при­
сутствие представителя организации, эксплуатирующей ВЛ, в при­
емке сетей после монтажа и ремонта обязательно.
Поставленные задачи эксплуатации могут быть решены при
следующих условиях: соблюдении допустимых режимов работы
ВЛ по токам нагрузки; проведении измерений и профилактичес­
ких испытаний и планово-предупредительных ремонтов; постоян­
ном наблюдении за ВЛ (осмотрах линий); ведении технической
документации; расследовании причин аварий и разработке меро­
приятий по их устранению.
Все работы на ВЛ, проводимые эксплуатационно-ремонтным
персоналом, необходимо выполнять в строгом соответствии с пра­
вилами технической эксплуатации (ПТЭ).
8.5. РЕМОНТ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ
Планово-предупредительные ремонты воздушных линий пре­
дотвращают преждевременный их износ и разрушение отдельных
элементов линии вследствие нарушения нормального режима ра­
боты или воздействия окружающей среды. В соответствии с ППР
и ТО для ВЛ напряжением 0,38 кВ предусмотрены плановые теку­
щие и капитальные ремонты. При текущем ремонте проводят ни­
зовой или верхний осмотры воздушных линий. Проверяют состо­
яние деревянных элементов опор, измеряют глубину их загнива­
ния. Подтягивают ослабевшие бандажи, удаляют с них ржавчину.
Выправляют опоры, заменяют поврежденные изоляторы и сгнив­
шие элементы опор, перетягивают отдельные участки сети. Осуще­
ствляют проверку и ревизию трубчатых разрядников, вырубают
разросшиеся деревья в охранной зоне. При капитальном ремонте
выполняют плановую замену опор, перетягивают и выправляют
линию, заменяют неисправную арматуру. Проводят необходимые
измерения и испытания.
Воздушные линии на деревянных опорах ремонтируют через
каждые три года, а линии на железобетонных опорах — через
шесть лет. Эти сроки могут быть изменены в зависимости от со­
стояния линии, определяемого на основании результатов осмот­
ров, профилактических измерений и проверок, но при этом пер­
вый ремонт линии на деревянных опорах проводят не позже чем
через 6 лет. При осмотрах, профилактических измерениях и испы­
таниях вносят соответствующие записи в журнал неисправностей.
На основании этих записей составляют месячные и годовые пла­
ны ремонтов, а также планы-графики ремонтов. Последние со­
ставляют с учетом графиков отключений и ремонтов питающих
линий и подстанций высокого напряжения, что приводит к
уменьшению продолжительности отключения потребителей элек­
трической энергии. Перед ремонтом обязательно проводят подго­
товительные работы (комплектование ремонтной бригады, заго­
товку древесины, проводов, арматуры, метизов, механизмов,
транспорта, инструмента, приспособлений, инвентаря и т. п.). На
проведение ремонтных работ оформляют разрешение и выписы­
вают наряд. После ремонта оформляют документацию на выпол­
ненную работу, затем эксплуатационный персонал оценивает ра­
боту и принимает ВЛ к использованию по назначению.
Ремонт деревянных опор. Для предотвращения гниения древе­
сины ее пропитывают антисептирующими веществами, что повы­
шает срок службы в среднем в 3 раза. Загнивание опор проверяют
не реже чем через три года. Опоры, выполненные из антисептированной древесины, еще раз пропитывают до появления общего
загнивания. На опорах, пропитанных маслянистыми антисепти­
ками, через 10 лет устанавливают антисептические бандажи из
толя, рубероида или пергамина шириной 50 см, а на опорах, про­
питанных водорастворимыми антисептиками, бандажи ставят че­
рез 5 лет. На бандажи наносят антикоррозионную пасту.
При эксплуатации иногда выполняют частичную обработку
древесины антисептиком. При этом пастой покрывают: все под­
земные части опоры на глубину опасного загнивания и на 30 см
выше уровня земли; все торцовые части и верхнюю поверхность
горизонтальных и наклонно расположенных деталей опор; все
трещины шириной более 2 мм; места сочленения деталей опор
между собой. Поверхность бандажа и части опоры, обработанные
антисептиком, покрывают слоем гидроизоляции, в который вхо­
дит нефтяной битум.
После выправки опор (при помощи лебедок или тяговых меха­
низмов) плотно трамбуют грунт у их основания и подтягивают ос­
лабленные бандажи. Тросы оттяжек и узлы крепления смазывают
антикоррозионным покрытием. Оттяжки из круглой стали окра­
шивают. Тросовая оттяжка подлежит замене при 20 % оборванных
или разрушенных коррозией проволок троса. Загнившие пристав­
ки и опоры с эквивалентным диаметром менее допустимого заме­
няют.
Ремонт железобетонных опор. Железобетонные опоры подлежат
замене, если они имеют дефекты, перечисленные в таблице 8 . 1.
Незначительные сколы, поперечные трещины шириной раскры­
тия до 0,6 мм или продольные до 0,3 мм, раковины размером до
2 0 x 2 0 x 2 ,0 мм в железобетонных опорах устраняют окраской,
шпаклевкой или заделкой полимерцементной краской или ра­
створом (табл. 8 .2 ).
8.1. Дефекты железобетонных опор, при которых опора подлежит замене
Конструкция
железобетонной опоры
Дефект
Центрифугированная вибрированная с
ненапряженной
и
напряженной арма­
турой
Поперечные трещины с шириной раскрытия более 1 мм
С напряженной проводочной и прядовой арматурой
Поперечные трещины с шириной раскрытия более 0,6 мм
Все типы и конструкции
Продольные трещины (две и более в одном сечении) с
шириной раскрытия более 0,3 мм. Раковины (более
20 х 20 х 2,0 мм) в бетоне. Значительное смещение карка­
са арматуры по отношению к оси стойки.
8.2. Полимерцемеетные растворы и краски
для ремонта железобетонных опор
Составная часть, %
Быстротвердеюший цемент Поливинил- Песок
Песок
ацетатная
или портланд­ эмульсия
крупный
мелкий
цемент марки
(до
3
мм)
(до 0,3 мм)
или
латекс
500—600
Вид ремонта
Заделка крупных сколов
и раковин
22,0
14,5
Ш паклевка крупных
трещ ин, мелких раковин
и шершавых поверхностей
28,0
16,0
О к раска
60
25
ГШ
Я '
Я
ж.
'
'
56,0
Вода
—ь
7,5
46,0
10
—
—
15
.
л
ш
%
■ 1
*
,
|
П
Я
Щ
Г
а
; '
—
т
■ .
/
^
от грязи, пыли и отслоений. Смачивают место ремонта 10%-ным
раствором поливинилацетатной эмульсии, а затем втирают (вма­
зывают) в раковину или трещину полимерцементный раствор. Че­
рез час место заделки снова смачивают водным раствором эмуль­
сии. Мелкие, как поперечные, так и продольные, трещины можно
закрашивать полимерцементной краской. Железобетонные опоры
с креном и односторонней деформацией после выправки необхо­
димо усилить оттяжкой. Поврежденные антикоррозионные по­
крытия металлических элементов опор заменяют новыми.
Ремонт проводов. При повреждении отдельных проволок дела­
ют бандаж, навивая вокруг провода отрезок проволоки из такого
же материала. При выпучивании верхнего повива провода (на
длине 100...150 мм) на поврежденное место накладывают ремонт­
ную муфту длиной 200 мм или две муфты меньшей длины.
При обрыве двух проволок в проводах марок А25...А70 и ПС25,
трех проволок в проводах марок АС16-АС70 и ПС35 и одной про­
волоки в проводах марок А16-А25 поврежденный участок провода
заменяют новым. Натяжение проводов регулируют в тех случаях,
когда габаритные размеры линии и стрелы провеса не отвечают
требованиям ПУЭ.
8.6. ПРИЕМКА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Приемка в эксплуатацию кабельных линий — завершающий
этап работы по их прокладке и монтажу. После окончания про­
кладочных работ, когда силовой кабель и соединительные муфты
уже недоступны для непосредственного осмотра, приемку кабель­
ных линий осуществляют только в процессе электрических испы­
таний. Однако существующие методы электрических испытаний
не позволяют выявить все дефекты в проложенной линии. Поэто­
му надежность работы кабельной линии в эксплуатации можно
обеспечить только в том случае, если во время сооружения линии
не нарушены правила прокладки и монтажа муфт.
Принимаемый в эксплуатацию проложенный силовой кабель
по конструкции должен соответствовать условиям окружающей
среды и принятому способу прокладки. Бесперебойная работа при
эксплуатации кабельной линии в значительной степени зависит
от правильно выбранного типа и марки проложенного кабеля.
Приемка сооружений по трассе кабельной линии предшествует
прокладке в них силовых кабелей. К началу прокладки кабелей в
подземных сооружениях обеспечивают окончание всех строитель­
ных работ. При приемке строительной части подземных сооруже­
ний проверяют: правильность расположения подземных сооруже­
ний, наличие в них уклонов для стока воды, если это необходимо,
электрического освещения, водооткачки и вентиляции, соответ­
ствие внутренних размеров проекту, отсутствие газа и воды, а также
состояние железобетонных конструкций. Кроме того, сверяют с
проектом оставленные в подземном сооружении посторонние под­
земные коммуникации и правильность способа их пересечения с
кабельными сооружениями, например, в дополнительных трубахфутлярах, а также наличие теплоизоляции для теплопроводов и т. д.
Правильность укладки труб блочной канализации проверяют путем
протаскивания металлического цилиндра диаметром, на 5 мм мень­
шим внутреннего диаметра проверяемых труб.
Проверяют отметки люков колодцев (которые при усовершен­
ствованном покрытии проездов не должны отличаться от их отме­
ток больше чем на 1 см), наличие запорных крышек, закладных
частей для крепления троса при прокладке кабеля. В проезжей ча­
сти чугунные люки должны быть уложены на подкладные железо­
бетонные кольца.
Проверка качества работ в процессе прокладки заключается в
определении глубины прокладки кабеля, допустимых радиусов
изгиба, отсутствия в почве веществ, разъедающих оболочки кабе­
лей, расстояний между кабелями в свету (не менее 100 мм), рас­
стояний на пересечениях и сближениях прокладываемого силово­
го кабеля с железнодорожными и трамвайными путями, теплофи­
кационными трубами, кабелями связи и пр.; наличия песчаной
постели под кабель и подушки, защитных покрытий, запасов ка­
беля перед муфтами для компенсации длины и соответствующих
креплений муфт и кабеля в болотных и слабых грунтах. Особенно
часто возникают механические повреждения на кабелях при про­
таскивании их в трубах через улицы, а также при вводе в здания.
Контроль за строгим соблюдением технологии монтажа муфт зак­
лючается в проверке крутых изгибов жил, размеров их разделки,
плотности намотки изоляции, качества пайки, а также качества
монтажного материала, соответствия кабельной гарнитуры, инст­
румента и приспособлений.
Техническая документация, передаваемая монтажной организа­
цией на проложенную линию, содержит:
технический проект кабельной линии со всеми согласованиями
на ее прокладку и отклонениями от проекта с указанием, с кем и
когда эти отклонения согласованы;
схему исполнительной трассы, заверенную техническим надзо­
ром предприятия электросети;
протоколы заводских испытаний кабеля, необходимые для
проверки соответствия кабеля требованиям ГОСТ;
акты наружного осмотра кабеля на барабанах, необходимые для
уверенности в том, что проложенный кабель не был поврежцен
при его транспортировке или хранении;
результаты вскрытия и осмотра в лаборатории образцов для ка­
белей производства иностранных фирм, а также для кабелей, на
которые отсутствуют протоколы заводских испытаний;
протокол испытания всей кабельной линии после прокладки.
В техническую документацию также входят: инвентарная опись
всех элементов кабельной линии; чертежи строительных сооруже­
ний; кабельный журнал; акт перенесения в натуру проекта трассы
и правильности выполнения разбивочных работ; акт приема тран­
шеи и строительной части кабельных сооружений под монтаж;
протокол прогрева кабеля на барабанах перед прокладкой, если
работы проводились при температуре ниже О °С; протокол измере­
ния сопротивления заземления концевых муфт; акт на скрытые
работы.
В акте на скрытые работы отражают следующее:
осмотр проложенного кабеля;
устройство «постели», «подушки», защиты кабельной линии от
механических повреждений;
соответствие габаритов взаимного сближения и пересечения с
другими подземными коммуникациями;
монтаж всех муфт.
Если проектом на кабельную линию предусматривались ме­
роприятия по электрической защите металлических оболочек ка­
беля от коррозии, то при сдаче линии в эксплуатацию должны
быть переданы протоколы, подтверждающие правильность работы
защитных антикоррозийных устройств.
Перед включением проложенной кабельной линии выполняют
минимальный объем пусковых испытаний, заключающийся в опре­
делении целостности жил кабеля, в измерении сопротивления
изоляции между жилами кабеля и между жилами и землей, в ис­
пытании кабельной линии высоким напряжением выпрямленного
тока и проверке действия установленных на линии устройств ан­
тикоррозийной защиты от блуждающих токов. Одновременно
проверяют правильность соответствия жил по фазам от обоих
концов линии независимо от их расцветки.
Надежность работы кабельных линий в значительной мере за­
висит от надзора за состоянием трасс и кабелей, который заклю­
чается в проведении периодических обходов и осмотров. Систе­
матические осмотры трасс кабелей напряжением свыше 1 кВ,
проложенных в земле и туннелях, проводят в сроки, установлен­
ные местными инструкциями, но не реже 1 раза в три месяца, а
осмотры концевых муфт — 1 раз в шесть месяцев, кабельных ли­
ний напряжением до 1 кВ — 1 раз в год. Сроки контрольных ос­
мотров кабельных линий устанавливает инженерно-технический
персонал с учетом местных условий.
Внеочередные обходы трасс проводят весной во время таяния
снега, ледоходов, паводков, после ливней и в период осенних
дождей, когда размягчение и размыв грунта наибольшие, в ре­
зультате чего возможны повреждения кабелей. При обходах не­
обходимо:
проверить состояние трассы кабельной линии, отсутствие про­
мывов, провалов, повреждений креплений, угрожающих целост­
ности кабелей в местах их пересечения с каналами, кюветами и
оврагами;
убедиться в наличии и проверить состояние постоянных
предохранительных плакатов, пикетов-ориентиров на трассе
линии;
в местах перехода кабелей на стены зданий или опоры воздуш­
ных линий электропередачи проверить защиту кабелей от механи­
ческих повреждений, исправность концевых муфт, убедиться в от­
сутствии ржавчины, вмятин и забоин на броне и т. п.;
осмотреть соединения стыков рельсов в местах пересечения и
сближения кабельных линий с электрифицированными железны­
ми дорогами на расстоянии не менее 100 м в обе стороны от пере­
сечения или сближения.
При осмотрах необходимо также обращать внимание на кабель,
проложенный открыто или в воде, кабельные колодцы (состояние
антикоррозионных покрытий, наличие маркировки и т. п.).
Все дефекты, обнаруженные в результате обходов и осмотров
трасс кабельных линий, записывают в журнал. О дефектах, требу­
ющих немедленного устранения, обходчик обязан срочно сооб­
щить непосредственному руководителю. Инженерно-технический
персонал на основании просмотра журнала дефектов намечает ме­
роприятия и сроки их проведения по повышению надежности ра­
боты кабельной линии.
Во время обхода проверяют соблюдение Правил по охране вы­
соковольтных электрических сетей; немедленно прекращают зем­
ляные работы, проводимые без разрешения и согласования с экс­
плуатирующей кабельную линию организацией, при этом состав­
ляют акт о нарушении правил и вызывают представителя инспек-
ции или органов милиции. В проектах работ, проводимых вблизи
кабельной линии по согласованию с эксплуатирующей организа­
цией, должны быть предусмотрены меры по обеспечению их со­
хранности.
В соответствии с ПТЭ землеройные машины применяют на
расстоянии не ближе 1 м от кабеля; отбойные молотки для рыхле­
ния грунта над кабелями — на глубине не более 0,4 м; клин-бабы и
другие ударные механизмы — на расстоянии не ближе 5 м от кабе­
лей. В зимнее время при работе в зоне расположения кабеля и
прогрева грунта, чтобы тепловым источником не повредить ка­
бель, слой грунта должен быть не менее 250 мм.
8.8. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ
НА КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ. ПРОЖИГАНИЕ КАБЕЛЕЙ
Кабельная линия находится, как правило, под землей, и поэто­
му определение места ее повреждения — наиболее трудная опера­
ция, от реализации которой зависит своевременность питания по­
требителей. Чтобы получить исходные данные для выбора наибо­
лее подходящего метода определения места повреждения, уста­
навливают характер повреждения, который может бьггь
следующим: замыкание на землю одной фазы; замыкание двух
или трех фаз на землю либо между собой; обрыв одной, двух или
трех фаз, с заземлением или без заземления; заплывающий пробой
изоляции; сложные повреждения.
Для установления характера повреждения кабельную линию
отключают от источника питания. От линии отключают все элект­
роприемники и с обеих ее концов мегаомметром измеряют сопро­
тивление изоляции каждой токоведущей жилы по отношению к
земле и между каждой парой жил, а также убеждаются в отсут­
ствии обрыва токоведущих жил.
Установив характер повреждения кабельной линии, выбирают
метод, наиболее подходящий для определения места поврежде­
ния в данном конкретном случае. В первую очередь с погрешно­
стью порядка 10...40 м определяют зону повреждения — грани­
цы, в которых расположено место повреждения. Затем уточня­
ют место повреждения непосредственно на трассе. Для опреде­
ления зоны повреждения линии применяют следующие
относительные методы: импульсный, колебательного разряда,
петлевой, емкостный.
Импульсный метод основан на посылке в поврежденную линию
зондирующего электрического импульса и измерении интервала
времени между моментами подачи импульса и прихода отражен­
ного импульса от места повреждения в кабеле.
Если скорость распространения импульса в кабельной ли­
нии обозначить через у , а расстояние от начала линии до места
повреждения — через 1Х, то время, за которое импульс прохо­
I точки повреждения
1
I
дит до
и обратно, можно определить
по
формуле:
21
<х =
V
Скорость распространения импульса по силовым кабелям при­
мерно равна 160 м/мкс. Тогда расстояние до места повреждения
ш
V/
/*= у =80/*.
При импульсном методе измерения можно найти расстояние
до места повреждения и определить характер дефекта. Погреш­
ность метода — не более 1,5 % измеряемой длины кабеля.
Метод колебательного разряда позволяет определить зону по­
вреждения кабельной линии при заплывающих пробоях. При из­
мерении от испытательной установки напряжение постоянного
тока подают на поврежденную жилу кабеля и плавно поднимают
до напряжения пробоя. В момент пробоя в месте повреждения
возникает искра, имеющая небольшое переходное сопротивление,
и в кабеле происходит разряд колебательного характера. Период
колебаний Т этого разряда соответствует времени двукратного
пробега волны до места повреждения и обратно, поэтому
т=
4/
2/ =—
1 1х у ’
где 1Х— время пробега волны до места повреждения и обратно; \
х — расстояние до
места повреждения; V— скорость распространения волны колебания в кабеле.
Отсюда расстояние до места повреждения
х
4‘
Продолжительность колебательного разряда измеряют осцил­
лографом с однократной ждущей разверткой типа ОЖО или элек­
тронным миллисекундомером, присоединяемыми через делитель
напряжения. Погрешность метода не более 5 % максимального
значения шкалы, по которой проводят измерение.
Петлевой метод применяют для определения зоны поврежде­
ния кабельной линии в случаях, когда жила с поврежденной изо­
ляцией не имеет обрыва и есть хотя бы одна жила с исправной
изоляцией. Этот метод заключается в непосредственном измере­
но
нии сопротивления постоянному току участка поврежденной
жилы от места измерения до места повреждения при помощи из­
мерительного моста.
Если с одной стороны кабеля соединить между собой повреж­
денную и здоровую жилы, а с другой стороны подключить регули­
руемые сопротивления плеч моста (см. рис. 8 . 1), то равновесие в
схеме моста наступит при соблюдении условия
= Ят>(2Ь—1Х),
Щ
!
где
и /?2 сопротивления плеч моста; /о — удельное сопротивление материа­
ла жилы кабеля; Ь — полная длина кабеля; 1Х— расстояние до места поврежде­
ния.
Отсюда расстояние до места повреждения
1х=2Ь-%— .
Сопротивление перемычки, соединительных концов переход­
ных контактов может влиять на точность результатов измерений.
Поэтому при втором измерении необходимо поменять местами
концы кабельной линии, присоединяемые к мосту, при этом
1 +/х = 2 ^ - Д - ,
х
где I — полная длина кабеля; Щи
К[+К2
— регулируемые сопротивления плеч.
Измерения выполнены правильно, если выполнено условие:
к{т + к 2)
0,997<
<1,003.
К /(К + К )
Петлевой метод применяют при небольших расстояниях до ме­
ста повреждения (1Х< 100 ...2 0 0 м) и больших переходных сопро­
тивлениях 1000 < Кп< 5000 Ом. Погрешность определения места
повреждения не более 0,1...0,3 % полной длины кабеля.
Рис. 8.1. Схема определения места повреждения петлевым
методом:
7 — жилы кабеля; 2 — перемычка; Я\9Я2— сопротивления плеч мо­
ста; Ь — полная длина кабеля; 1Х— длина кабеля до места повреж­
дения
Ёмкостный метод используют для определения места поврежде­
ния с обрывом одной или нескольких жил кабеля и при сопротив­
лении изоляции поврежденной жилы не менее 50000м. Метод
заключается в измерении емкости оборванного участка жилы ка­
беля, которая пропорциональна его длине до места повреждения.
Емкость можно измерять как на постоянном, так и на переменном
токе. В практике применения емкостного метода встречают три
следующих принципиальных случая.
Случай 1 — обрыв одной жилы (рис. 8.2, а). Измеряют емкость
оборванной жилы с одного С\и другого С2 конца кабеля. Расстоя­
ние до места повреждения
С1+С2
Случай2 — обрыв одной жилы с замыканием на землю ее поло­
вины, С2 = О (рис. 8.2, б). Измеряют емкость оборванной жилы и
емкость целой жилы С. Расстояние до места повреждения
1Х= / Д .
*
С
Случай 3 — обрыв одной жилы, все фазы имеют глухое заземле­
ние, в том числе и один конец оборванной жилы (рис. 8.2, в). Рас­
стояние до места повреждения
где Со — удельная емкость 1 км кабеля, мкФ/км (из справочника).
Акустический метод применяют при условии, что в месте по­
вреждения можно создать искусственный электрический разряд,
прослушиваемый с поверхно­
сти земли или воды. При воз­
никновении разряда в по­
врежденном месте одновре­
менно с электромагнитными
колебаниями
возникает
зв у I
I
I I С, I
ковая волна, которая
а
х б
1в
быть прослушана на поверх­
ности земли или воды. НаиРмс. 8.2. Виды повреждений кабеля с обры- большая СЛЫШИМОСТЬ будет
■о* жм:
непосредственно над местом
а —обрыв ОДНОЙжилы кабеля; б—обрыв жилы повреждения кабеЛЯ. В Каче-
с замыканием на землю ее половины; в — обрыв
одной жилы, все фазы имеют глухое заземление
СТВС
ГСНСраТОрН
____________
ИМПУЛЬСОВ
разряда используют обычную испытательную установку высокого
напряжения постоянного тока.
От высоковольтной выпрямительной установки в кабель посы­
лают импульс высокого напряжения. Достигнув места поврежде­
ния, этот импульс создает пробой — искровое перекрытие с жилы
на оболочку кабеля. На поверхности земли искровые разряды про­
слушивают акустическим индукционным прибором типа АИП-3,
который состоит из пьезоакустического датчика, усилителя, го­
ловного телефона и выносной индукционной рамки. Недостаток
данного метода заключается в том, что необходимо иметь пере­
движную установку высокого напряжения постоянного тока.
Индукционный метод применяют для определения места по­
вреждения кабельной линии непосредственно на трассе. Он осно­
ван на принципе улавливания магнитного поля над кабелем, со­
здаваемого током звуковой (тональной) частоты, пропускаемым
по кабельной линии. По поврежденной жиле кабеля пропускают
ток от генератора тональной частоты 800... 1000 Гц. При этом вок­
руг кабеля образуется магнитное поле, напряженность которого
пропорциональна силе тока в кабеле, глубине залегания и рассто­
янию от его оси.
Оператор, продвигаясь вдоль трассы кабеля от места установки
звукового генератора, при помощи испытательной рамки (антен­
ны), усилителя и телефонных наушников определяет характер
распространения этого поля и, следовательно, трассу кабельной
линии, места расположения муфт, глубину заложения кабеля и
место повреждения. Звук в наушниках слышен на участке трассы
кабельной линии. В стороне от трассы или за местом повреждения
слышимость в телефоне резко снижается.
Индукционный метод обеспечивает высокую точность опреде­
ления места повреждения. Погрешность составляет не более 0,5 м.
Применяют этот метод в тех случаях, когда переходное сопротив­
ление в месте повреждения составляет не более 20...50 Ом.
Прожигание кабелей. При повреждении кабельных линий сопро­
тивление изоляции продолжает оставаться большим, поэтому труд­
но подобрать методы для отыскания места повреждения. В этих
случаях снижают переходное сопротивление до 10... 100 Ом путем
прожигания изоляции в поврежденном месте с помощью специ­
альных установок.
Коэффициент полезного действия прожигающей установки зна­
чительно повышается, когда ее сопротивление приблизительно рав­
но переходному сопротивлению в месте повреждения. На практике
нет установки с большим испытательным напряжением и малым или
переменным внутренним сопротивлением. Поэтому прожигание
кабеля во многих случаях ведут при помощи комбинированных ус­
тановок. В начальной стадии прожигания применяют выпрями­
тельные установки, позволяющие получить высокое напряжение
(до 15 кВ и более) при малых токах (до 5 А). На заключительной
стадии дожигания используют специальные трансформаторы с
низким рабочим напряжением и более высоким выходным током.
Широкое применение нашел резонансный метод, обеспечива­
ющий высокую эффективность прожигания на переменном токе
при возможности получения высоких испытательных напряжений
на портативной аппаратуре. При этом методе используют специ­
альные трансформаторы с переключателем витков вторичной об­
мотки. Вторичную обмотку включают на кабель, подлежащий
прожиганию. Емкость подключенного кабеля совместно с ин­
дуктивностью высоковольтной вторичной обмотки трансформа­
тора образует резонансный контур на частоте сети 50 Гц. Колеба­
ния в контуре возбуждаются благодаря магнитной связи с первич­
ной обмоткой трансформатора, получающей питание от сети 127
и 380 В. Изменением с помощью переключателя настройки конту­
ра (числа витков) регулируют напряжение на кабеле. Реактивная
мощность в резонансном контуре достигает нескольких сотен ки­
ловольт-ампер, в то время как потребляемая из сети питания
мощность, идущая на покрытие активных потерь, небольшая —
примерно несколько киловатт.
Пробой изоляции может происходить на обеих полярностях
напряжения, и частота пробоя — доходить до 100 раз в секунду.
Поэтому при резонансном методе процесс выгорания происходит
более интенсивно, чем при использовании других методов.
8.9. РЕМОНТ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Ремонт свинцовой или алюминиевой оболочек кабеля. Наруше­
ние герметизации обычно происходит в результате механических
повреждений при проведении земляных работ. Восстановление
герметизации кабеля выполняют, если есть полная уверенность в
том, что изоляция кабеля не повреждена и влага не проникла
внутрь кабеля. Такой ремонт выполняют в следующей последова­
тельности:
удаляют часть оболочки по обе стороны от места повреждения;
осматривают и проверяют верхнюю ленту поясной изоляции на
отсутствие влаги;
выполняют разбортовку торцов заводской оболочки; восста­
навливают герметизацию кабеля. Для этого на оголенный участок
накладывают разрезанную вдоль свинцовую трубу и после обивки
пропаивают продольный шов и шейки, а также заливочные отвер­
стия после заполнения трубы кабельной массой;
соединяют оболочку с броней кабеля и заключают кабель в за­
щитный чугунный кожух для прокладки его в землю или в специ­
альную стальную трубу для открытой прокладки.
Если влага проникла в изоляцию, поврежденный участок кабе­
ля вырезают и вместо него монтируют вставку из кабеля аналогич­
ной марки. Минимальная длина вставки по условиям удобства
монтажа составляет 3 м. В местах соединения вставки с кабелем
монтируют две соединительные муфты. По обеим сторонам муф­
ты при прокладке в землю делают запас кабеля в виде волнообраз­
ного изгиба (змейки).
Ремонт изоляции кабеля. В случае электрического пробоя изо­
ляции при отсутствии повреждения токопроводящей жилы ре­
монт выполняют без разрезания жил кабеля, т. е. при помощи
бесклеммной муфты. Для этого необходимо убедиться в полном
отсутствии влаги в изоляции и наличии запаса кабеля, позволя­
ющего развести жилы и выполнить подмотку дефектной изоля­
ции. Для герметизации кабель закладывают в свинцовую трубу,
заливают кабельной массой в том же порядке, что и при ремонте
свинцовых и алюминиевых оболочек.
При капитальных ремонтах кабельных линий старые конце­
вые муфты необходимо заменять новыми с герметической задел­
кой. В заделках, выполненных из эпоксидного компаунда, может
нарушиться герметичность и вытекать пропиточный состав в ниж­
ней или верхней частях. При вытекании пропиточного состава из
корешка разделки участок, примыкающий к муфте, на 40...50 мм
в обе стороны обезжиривают. После этого конец заделки и при­
легающую к нему свинцовую или алюминиевую оболочку на рас­
стоянии 15...20 мм обматывают двумя слоями хлопчатобумажной
ленты, смазанной эпоксидным компаундом. Затем на кабель ус­
танавливают ремонтную форму, заполняют ее эпоксидным ком­
паундом.
Если пропиточная масса вытекает сверху в месте выхода жил из
заделки, плоскую часть заделки и участки жил на расстоянии
30 мм зачищают ножом или стеклянной бумагой и обезжиривают
(тряпкой, смоченной в бензине или ацетоне). Затем устанавлива­
ют ремонтную форму и заливают ее эпоксидным компаундом.
8.10. ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ
В целях своевременного выявления и устранения дефектов изо­
ляции кабеля, предупреждения аварийных повреждений кабель­
ные линии в процессе эксплуатации подвергают ежегодно профи­
лактическим испытаниям. Кабели, находящиеся в благоприятных
условиях по температурному режиму и способу прокладки, испы­
тывают не реже одного раза в три года.
Внеочередные испытания кабельных линий проводят после ре­
монтных работ и окончания земляных работ на трассе. Основной
метод — испытание кабеля повышенным напряжением постоян­
ного тока, так как кабели обладают большой зарядной реактивной
мощностью и испытание их на переменном токе требует примене­
ния мощных испытательных установок.
Кабельные линии напряжением до 1 кВ допускается испыты­
вать только мегаомметром на напряжение 1000...2500 В. При ис­
пытании на выпрямленном напряжении одновременно измеряют
ток утечки, по величине которого определяют изменение сопро­
тивления изоляции.
В особо ответственных кабелях иногда измеряют диэлектричес­
кие потери. При профилактических испытаниях кабельных линий
проверяют изоляцию каждой жилы кабеля по отношению к дру­
гим и оболочке. Вместе с кабелем испытывают концевые муфты
или воронки и опорные изоляторы до разъединителя. Испытанию
можно подвергать последовательно соединенные кабельные ли­
нии с распределительными устройствами. Групповые кабельные
линии или параллельные кабели, присоединенные к отдельным
агрегатам (генератору, трансформатору), можно испытывать одно­
временно без отсоединения от сети.
Методы проведения отдельных видов испытаний. Для проведения
испытаний кабельную линию отключают и заземляют. Затем с од­
ной из фаз снимают заземление и подают испытательное напряже­
ние. Напряжение поочередно подают на каждую жилу кабеля при
заземлении двух других жил. Кратность и значение испытательного
напряжения для кабеля напряжением 2... 10 кВ составляет (5...6)йю
напряжением 20...35 кВ — (4...5)(/„, напряжением 110 кВ —
(2...3Щ,. Продолжительность испытания каждой жилы кабеля на­
пряжением 2...35 кВ — 5 мин, напряжением 110...220 кВ — 20 мин.
Состояние изоляции кабеля оценивают по значению тока утеч­
ки и его несимметрии по фазам. При удовлетворительном состоя­
нии изоляции ток утечки в момент подъема напряжения на каж­
дой ступени резко возрастает за счет заряда емкости кабеля, а за­
тем быстро спадает: у кабелей напряжением 6 ... 10 кВ — до менее
500 мкА, у кабелей напряжением 20...35 кВ — 800 мкА. При нали­
чии дефектов ток утечки спадает медленно и даже может возрасти.
Ток утечки записывают на последней минуте испытаний.
Несимметрия токов утечки по фазам у кабелей с неповрежден­
ной изоляцией не должна превышать 50 %. Разработан метод ис­
пытания кабельных линий собственных нужд электростанций на­
пряжением 6 кВ под нагрузкой. Испытательное напряжение в
этом случае подают в нулевую точку трансформатора, а выпрям­
ленное испытательное напряжение в пределах 20...24 кВ наклады­
вают на фазное рабочее напряжение.
Во время профилактических испытаний кабелей определяют:
сопротивление изоляции; целостность жил и фазировку; темпера­
туру кабеля; сопротивление заземления концевых заделок; значе­
ние блуждающих токов. Сопротивление изоляции кабеля должно
быть не ниже 0,5 МОм. При определении сопротивления изоля­
ции кабеля при помощи мегаомметра одновременно определяют
отсутствие замыканий между фазами или фазами и оболочкой и
обрывов жил кабеля. Многие повреждения изоляции кабелей на­
чинаются с потери герметичности оболочек. В этих случаях про­
никновение влаги ускоряет ухудшение изоляции. Поэтому обыч­
но профилактические испытания проводят в теплое время года, в
период наибольшей вероятности ухудшения изоляции. Целост­
ность жил и фазировку кабельной линии при эксплуатации прове­
ряют после перемонтажа муфт или отъединения жил кабеля,
пользуясь при этом мегаомметром и указателем напряжения.
Температуру кабелей измеряют в соответствии с указаниями
местных инструкций на тех участках трассы, на которых возмож­
ны перегревы кабелей. Ее измеряют термопарами, термосопро­
тивлениями и только в крайнем случае термометрами.
Сопротивление заземления концевых заделок измеряют при
капитальном ремонте заземляющих устройств. В остальных случа­
ях проверяют целостность заземляющего проводника, соединяю­
щего концевую заделку с шиной заземляющего устройства.
Надежность работы кабельных линий зависит от состояния
оболочек кабеля. Нарушение герметичности оболочек, проникно­
вение воздуха и влаги во внутренние полости кабеля приводит к
электрическому пробою изоляции. Металлические оболочки ка­
белей в процессе эксплуатации могут разрушаться вследствие хи­
мического или электрического взаимодействия с окружающей
средой. Наиболее подвержены разрушению оболочки кабельных
линий, проложенных в земле, вследствие электролитической кор­
розии, вызываемой блуждающими токами.
Для определения коррозионной опасности и разработки мер
защиты кабельной линии в первый год эксплуатации блуждающие
токи замеряют не менее двух раз. Для этого на кабельных линиях
проводят комплекс испытаний, в процессе которых определяют
разность потенциалов между оболочками кабеля и землей; плот­
ность тока, стекающего с кабеля в землю; ток, протекающий по
оболочке кабеля. Периодичность измерений в последующие годы
устанавливают на основании результатов первых измерений и
анализа коррозионных зон.
Для обнаружения опасных зон, где оболочки кабеля имеют по­
ложительный потенциал по отношению к земле, измеряют раз­
ность потенциалов (относительно зоны с нулевым потенциалом).
Опасными считают участки в анодных и знакопеременных зонах,
где бронированные кабели проложены в малоагрессивных грунтах
(удельное сопротивление почвы более 20 Ом *м) при среднесуточ­
ной плотности тока утечки на землю более 0,15 мА/дм2 и при лю­
бом токе утечки для кабелей, проложенных в агрессивных фунтах.
При обнаружении опасных участков принимают меры по предотв­
ращению разрушения кабелей электрокоррозией. Для этого при­
меняют катодную поляризацию, протекторную защиту или элект­
рический дренаж.
Полное представление о блуждающих токах в местах располо­
жения кабельных сетей получают после построения по результа­
нт
147
Ч
там замеров диаграмм на плане кабельных сетей. На основании
анализа построенных диаграмм принимают правильное решение
по защите кабельных сетей от коррозии.
Контрольные вопросы и задания
1. Как соблюдают режимы по токам нагрузки? 2. В чем заключается осмотр
воздушных линий? 3. Что такое профилактические измерения и проверки? 4. Как
проводят ремонт воздушных линий на деревянных или железобетонных опорах?
5. Как проводят ремонт проводов воздушных линий? 6. Как проверяют стрелу
провеса и габариты воздушной линии? 7. В чем заключается технический над­
зор за качеством работ? 8. Кто выполняет технический надзор за качеством ра­
бот? 9. Что такое осмотры, профилактические испытания и измерения силовых
кабельных линий? 10. Как определяют места повреждений? 11. С какой целью вы­
полняют прожигание кабелей? 12. В чем заключается зашита кабелей от корро­
зии? 13. Как ремонтируют кабельные линии? 14. Когда проводят внеочередные
осмотры трасс прокладки кабелей?
З а д а н и е 1. Определите расстояние до места повреждения, если измерения
проводились импульсным методом и известно, что время прохождения импульса
до точки повреждения 100 мкс.
З а д а н и е 2. Определите расстояние до места повреждения, если измерения
проводились петлевым методом и известно, что длина кабеля Ь = 150 м, А = 1 Ом;
Д2 = 3 Ом.
З а д а н и е 3. В результате второго измерения, при определении места по­
вреждения петлевым методом, получены следующие значения сопротивлений
=1,10 Ом;
= 3,05 Ом. Данные по первому измерению приведены в задании 1.
Проверьте правильность проведения измерений.
Глава 9
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
9.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
ПРИЕМ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ
ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ
Техническая эксплуатация трансформаторных подстанций
включает плановые и оперативные работы. В плановом порядке
проводят: техническое обслуживание, текущий и капитальный
ремонты. К оперативным работам относят: периодический и
внеочередной осмотры, контроль режима работы, переключения
и отключения и профилактические испытания. Эти работы име­
ют типовой объем работ, который регламентируют нормативны­
ми документами, заводским паспортом и инструкциями местных
энергетических служб. Такой объем работ является усредненным
и нуждается в творческом осмыслении применительно к каждой
трансформаторной подстанции на базе глубоких инженерных
знаний. Кроме этого, при эксплуатации приходится решать ряд
специальных инженерных задач: выбор оптимальной нагрузки и
допустимой перегрузки, обоснование графика регулирования на­
пряжения, определение неисправностей и т. п. Для успешной эк­
сплуатации следует организовать правильную транспортировку,
монтаж и прием трансформаторных подстанций в эксплуатацию.
Основной элемент трансформаторной подстанции — трансфор­
матор.
Трансформаторы отправляют с завода полностью собранными,
заполненными маслом и опломбированными. С каждым транс­
форматором потребителю передают бланк с техническими харак­
теристиками и инструкцию по эксплуатации, которые упаковыва­
ют вместе с термометром или в отдельном ящике с газовым реле и
термометрическим сигнализатором. На бланке указывают основ­
ные технические данные, имеющиеся на щитке трансформатора, а
также потери короткого замыкания, потери и ток холостого хода,
активное сопротивление обмоток, сопротивление изоляции, на­
пряжения, которыми испытывалась изоляция обмоток трансфор­
маторов на заводе-изготовителе, схему соединения каждой обмот­
ки и расположение выводов на крышке. Эти данные служат базой
для контроля изменений параметров при эксплуатации.
Транспортируемый по железной дороге трансформатор на
станции принимают по накладной и заводской отправочной спе­
цификации. Проводят осмотр трансформатора, проверяют все уп­
лотнения, целостность пломб на кранах и пробках. Особое внима­
ние уделяют состоянию фарфоровых выводов, дефекты в которых
обнаруживают по наличию утечки масла. О всех замеченных неис­
правностях в упаковке, о повреждениях деталей и самого транс­
форматора (течи, неплотности, повреждения крепления транс­
форматора на платформе) заказчику необходимо составить акт в
присутствии представителя железной дороги и сообщить на заводизготовитель.
Для обслуживания трансформаторов должны быть обеспече­
ны удобные и безопасные условия для наблюдения за уровнем и
температурой масла, газовым реле, а также для отбора масла. В
каждом трансформаторе на основе заводских данных определяют
максимально допустимую температуру верхних слоев масла. В
трансформаторах без принудительной циркуляции масла эта
температура должна быть не больше 95 °С. Превышение темпе­
ратуры масла над температурой окружающего воздуха должно
быть не более 60 °С.
Персонал, обслуживающий трансформаторы, оборудованные
переключателем коэффициента трансформации ПБВ (переключа­
тель без возбуждения), проверяет, правильно ли установлен коэф­
фициент трансформации, не менее двух раз в год — перед наступ­
лением зимнего максимума и летнего минимума нагрузки.
9.2. ОСМОТР ТРАНСФОРМАТОРОВ, ВЫВОД ТРАНСФОРМАТОРОВ
В РЕМОНТ И ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ
Осмотр трансформаторов без отключения проводят в следующие
сроки: в установках с постоянным дежурством персонала — один
раз в сутки; в установках без постоянного дежурства персонала —
не реже одного раза в месяц, а на трансформаторных пунктах —
не реже одного раза в шесть месяцев.
В зависимости от местных условий, конструкции и состояния
трансформатора эти сроки осмотров могут быть изменены лицом,
ответственным за электрохозяйство предприятия. Внеочередные
осмотры трансформаторов проводят при резком изменении темпе­
ратуры наружного воздуха, стихийных явлениях (гололед и т. п.) и
при каждом случае срабатывания защиты. При этом проверяют сле­
дующее: показания термометров и мановакуумметров; состояние
кожуха трансформатора и отсутствие течи масла; соответствие
уровня масла в расширителе температурной отметке и наличие мас­
ла в маслонаполненных вводах; отсутствие нагрева контактных со­
единений; исправность сигнализации и пробивных предохраните­
лей; состояние маслоохлаждающих и маслосборочных устройств,
изоляторов, ошиновки и кабелей, сети заземления, устройств не­
прерывной регенерации масла и трансформаторного помещения.
Текущие ремонты трансформаторов с их отключением проводят в
следующие сроки: трансформаторов центральных распредели­
тельных подстанций — по местным инструкциям, но не реже од­
ного раза в год; всех остальных трансформаторов — по мере необ­
ходимости, но не реже одного раза в три года. В объем текущего
ремонта входят: наружный осмотр и устранение повреждений; чи­
стка изоляторов и кожуха; спуск грязи из расширителя; доливка
масла и проверка маслоуказателя; проверка термосифонных филь­
тров и при необходимости замена сорбента; проверка защит; от­
бор и проверка проб масла; проведение необходимых профилак­
тических испытаний и измерений.
Вывод трансформаторов из работы обязателен при следующих
условиях: неравномерном шуме и потрескивании внутри транс­
форматора; ненормальном и постоянно нарастающем нагреве
трансформатора при нормальной нагрузке и охлаждении; выбросе
масла из расширителя или разрыве диафрагмы выхлопной трубы;
течи масла с понижением его уровня ниже уровня масломерного
стекла; необходимости немедленной замены масла по результатам
лабораторных анализов.
Теперь рассмотрим причины, вызывающие эти неисправности.
Перегрев трансформатора может происходить по следующим
причинам: трансформатор перегружен; слишком высокая темпе­
ратура в трансформаторном помещении; слишком низкий уро­
вень масла в трансформаторе (в этом случае обнаженная часть об­
мотки и активной стали сильно перегревается); в трансформаторе
имеются внутренние повреждения (витковые замыкания, междуфазные замыкания, образование короткозамкнутых контуров изза повреждения изоляции болтов, замыкания между листами ак­
тивной стали).
Ненормальные шумы в трансформаторе могут быть вызваны сле­
дующими неисправностями: ослабла прессовка шихтованного
магнитопровода трансформатора; нарушена прессовка стыков в
стыковом магнитопроводе; вибрируют крайние листы магнито­
провода; ослабли болты, крепящие крышку трансформатора и
прочие детали; трансформатор перегружен или нагрузка фаз отли­
чается значительной несимметрией; имеются замыкания между
фазами или витками; трансформатор работает при повышенном
напряжении — эту неисправность можно устранить, установив пе­
реключатель напряжения в положение, соответствующее повы­
шенному напряжению.
Потрескивание внутри трансформатора может быть вызвано:
перекрытием (но не пробоем) между обмотками или отводами и
корпусом вследствие перенапряжения; обрывом заземления внут­
ри трансформатора.
Пробои обмоток и обрывы в них могут возникнуть по следующим
причинам: из-за грозовых, коммутационных или аварийных пере­
напряжений; резкого ухудшения качества масла (по причине его
увлажнения, загрязнения); понижения уровня масла; возникнове­
ния электродинамических перенапряжений внутри трансформа­
тора при внешних коротких замыканиях и при замыканиях внутри
трансформатора; если изоляция подверглась естественному старе­
нию. Кроме перечисленного, обрывы в обмотках могут возник­
нуть: из-за плохо выполненйой пайки; если имеются повреждения
в проводах, соединяющих концы обмоток с выводами и т. д. Этот
дефект обнаруживают по выделению горючего газа в газовом реле
и работе его на сигнал или отключение. При включенном транс­
форматоре обрывы в обмотках можно обнаружить по показаниям
амперметров.
Ненормальное вторичное напряжение. Если первичные напряже­
ния одинаковы, а вторичные — одинаковы при холостом ходе, но
сильно различаются при нагрузке, то это может быть из-за: плохо­
го контакта в соединении одного из зажимов или внутри одной из
фаз, обрыва в первичной обмотке трансформатора стержневого
типа треугольник — звезда или треугольник — треугольник (Д/У
или Д/А).
Если первичные напряжения одинаковы, а вторичные — неоди­
наковы, то это может быть следствием одной из следующих неис­
правностей: вывернута обмотка одной из фаз вторичной обмотки,
соединенной в звезду; обрыв в первичной обмотке трансформато­
ра, соединенного по схеме звезда—звезда; обрыв во вторичной об­
мотке трансформатора, соединенного по схеме звезда—звезда или
треугольник—звезда.
Течь масла может возникнуть из-за: нарушения сварных швов
бака; неплотности между крышкой и баком трансформатора; не­
плотности в установке выводов.
9.3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И ТЕКУЩИЙ РЕМОНТ
ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ
Эксплуатационно-профилактические работы на трансформа­
торных подстанциях (ТП) проводят с целью предупреждения и
устранения возможных при эксплуатации повреждений и дефек­
тов. В объем этих работ входят систематические осмотры, профи­
лактические измерения и проверки. П л а н о в ы е осмотры ТП вы­
полняют в дневное время по утвержденному графику, но не реже
одного раза в шесть месяцев. После аварийных отключений питаю­
щих линий, при перегрузках оборудования, резком изменении по­
годы и стихийных явлениях (мокрый снег, гололед, ураган и т. п.)
проводят в н е о ч е р е д н ы е осмотры. Не реже одного раза в год
инженерно-технический персонал выполняет к о н т р о л ь н ы е ос­
мотры ТП. Обычно их совмещают с приемкой объектов к работе в
зимних условиях, с осмотрами ВЛ 10 или 0,4 кВ и т. д.
Для поддержания ТП в технически исправном состоянии осу­
ществляют планово-предупредительные ремонты, которые позволя­
ют обеспечить длительную, надежную и экономичную их работу.
Осмотры, ремонты и профилактические испытания оборудования
на трансформаторных подстанциях напряжением 10/0,4 кВ прово­
дят в основном комплексно в одни сроки, без снятия напряжения,
а при необходимости с частичным или полным отключением обо­
рудования.
П р и о с м о т р е м а ч т о в ы х п о д с т а н ц и й с земли прове­
ряют состояние предохранителей, разъединителей и их проводов,
изоляторов, крепление проводов к ошиновке, заземляющих спус­
ков и контактов, крепление и взаимное расположение проводов
высшего и низшего напряжения, состояние конструкции подстан­
ции, состояние древесины и железобетона, наличие и состояние
предупредительных плакатов, а также целостность замков и лест­
ниц. При осмотрах подстанций типа КТП (комплектная ТП) до­
полнительно проверяют загрязненность поверхности металличес­
ких корпусов, шкафов, плотность закрытия дверей и исправность
их запоров, состояние опорных фундаментов.
П р и о с м о т р а х о б о р у д о в а н и я ТП и КТП необходимо
обращать внимание на следующее:
у выключателей нагрузки, разъединителей и их приводов — от­
сутствие следов перекрытия и разрядов на изоляторах и изоляци­
онных тягах; правильное положение ножей в неподвижных кон­
тактах; внешнее состояние дугогасящих ножей и камер у выклю­
чателя; правильное положение рукояток приводов; исправность
гибкой связи между ножом и вводным зажимом у разъединителя
типа РЛНД;
у предохранителей типа ПК — соответствие плавких вставок
параметрам защищаемого оборудования, целостность и исправ­
ность патронов, правильность расположения и закрепления пат­
ронов в неподвижных контактах, состояние и положение указате­
лей срабатывания предохранителей;
у разрядников — отсутствие следов дуги перекрытия по поверх­
ности, правильность установки, состояние внешних искровых
промежутков трубчатых разрядников и правильность расположе­
ния зон выхлопа газов;
у проходных, опорных и штыревых изоляторов — отсутствие
сколов, трещин и следов перекрытия дуги;
у ошиновки распределительных устройств (РУ 10 кВ) — отсут­
ствие следов местного нагрева контактов в местах присоединения
к оборудованию и в соединениях шин, состояние окраски и креп­
ления шин;
у кабельных устройств — состояние кабельных муфт и воронок,
отсутствие течи мастики, целостность наконечников, наличие
маркировки, заземления муфт и воронок, состояние кабельных
приямков и проходов через стены;
у РУ низкого напряжения (0,4 кВ) — состояние рабочих кон­
тактов рубильников, предохранителей и автоматов, отсутствие на
них следов копоти, перегрева и оплавления, состояние трансфор­
маторов тока, реле защиты и разрядников, целостность плавких
вставок предохранителей и их соответствие параметрам потреби­
телей, исправность фотореле, целостность пломб и защитных сте­
кол на приборах учета и измерения, состояние контактов ошинов­
ки 0,4 кВ и ее крепления.
П ри в н е ш н е м о с м о т р е могут быть установлены некото­
рые неисправности трансформатора: поверхностное перекрытие;
пробой или разрушение изоляторов, разрушение ввода, вздутие
бака, образовавшееся вследствие механических усилий внутри
трансформатора при его аварии; нарушение прочности швов бака
или уплотнений, наличие течи масла; неисправности работы мас­
лоуказателя, сливного крана и другие дефекты. При помощи мега­
омметра измеряют изоляцию обмоток и отводов. Проверяют каче­
ство масла, взяв пробу и выполнив сокращенный химический ана­
лиз в лаборатории. Качество трансформаторного масла и условия
его эксплуатации имеют большое значение для надежности рабо­
ты трансформатора. Повышение температуры масла более 95 'С
приводит к перегреву, снижению теплоотводящих и изолирующих
свойств масла. При необходимости, если отсутствуют паспортные
данные, проверяют группу соединения обмоток, определяют ко­
эффициент трансформации.
Для устранения замеченных при осмотре неисправностей в ра­
боте оборудования ТП и КТП в случаях, не терпящих отлагатель­
ства до очередного текущего или капитального ремонта, проводят
профилактические выборочные ремонты с заменой отдельных
элементов и деталей. Эти работы выполняет эксплуатационный
оперативный персонал.
После этого составляют ведомости дефектов и оформляют на­
ряд на проведение технического обслуживания или текущего ре­
монта силового трансформатора. В документах записывают пас­
портные данные, требования заказчика, результаты внешнего ос­
мотра, проверочных испытаний и измерений.
9.4.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
И ТЕКУЩИЙ РЕМОНТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Одна из основных задач эксплуатации распределительных уст­
ройств — поддержание необходимых запасов по динамической,
термической устойчивости, пропускной способности, по уровню
напряжения в устройстве в целом и в отдельных его элементах.
Выполнение этих задач можно обеспечить при правильном обслу­
живании распределительных устройств. При техническом обслу­
живании проводят осмотры распределительных устройств, а при
текущем ремонте устраняют замеченные неисправности, требую­
щие разборки оборудования. Текущий ремонт выполняют на мес­
те установки оборудования, при этом неисправные детали заменя­
ют, после их замены проводят регулировку и испытания распреде­
лительных устройств.
Периодичность осмотров распределительных устройств. Перио­
дичность осмотра устанавливают в зависимости от типа устрой­
ства, его назначения и формы обслуживания. Примерные сроки
осмотров следующие:
в распределительных устройствах, обслуживаемых сменным
персоналом, дежурящим на самой подстанции или на дому, — еже­
суточно. При неблагоприятной погоде (мокрый снег, туманы, силь­
ный и продолжительный дождь, гололед и т. п.), а также после ко­
ротких замыканий и при появлении сигнала о замыкании на землю
в сети проводят дополнительные осмотры. Рекомендуют 1 раз в не­
делю осматривать устройство в темноте для выявления возможных
разрядов коронирования в местах повреждения изоляции и нагре­
вов токоведущих частей;
в распределительных устройствах подстанций напряжением
35 кВ и выше, не имеющих постоянного дежурного персонала,
график осмотров составляют в зависимости от типа устройства
(закрытое или открытое) и от назначения подстанции. В этом слу­
чае осмотры выполняет начальник группы подстанции или мастер
не реже 1 раза в месяц;
трансформаторные подстанции и распределительные устрой­
ства электрических сетей напряжением 10 кВ и ниже, не имеющие
дежурного персонала, осматривают не реже одного раза в шесть
месяцев;
внеочередные осмотры на объектах без постоянного дежур­
ного персонала проводят в сроки, устанавливаемые местными
инструкциями с учетом мощности короткого замыкания и со­
стояния оборудования. Во всех случаях независимо от значения
отключаемой мощности короткого замыкания осматривают
выключатель после цикла неуспешного автоматического по­
вторного включения (АПВ) и отключения из-за короткого за­
мыкания.
О
всех неисправностях, замеченных при осмотрах распредели­
тельных устройств, делают запись в эксплуатационном журнале.
Неисправности, которые нарушают нормальный режим работы,
необходимо устранять в кратчайший срок. Исправность резерв­
ных элементов распределительных устройств (трансформаторов,
выключателей, шин и др.) нужно регулярно проверять, включая
их под напряжение в сроки, установленные местными инструкци­
ями. Резервное оборудование должно быть в любой момент готово
к включению без какой-либо предварительной подготовки. Пери­
одичность очистки распределительных устройств от пыли и грязи
зависит от местных условий. Ее устанавливает главный инженер
предприятия.
Обслуживание выключателей. В н е ш н и е о с м о т р ы м а с ­
ля ных выключателей без отключения проводят с учетом
местных условий, но не реже одного раза в шесть месяцев, вместе
с осмотрами РУ. При осмотрах проверяют: состояние изоляторов,
креплений и контактов ошиновки, уровень масла и состояние
маслоуказателей; отсутствие течи масла из решеточных контактов
малообъемных выключателей или через прокладки баковых вык­
лючателей. Уровень масла у выключателей во многом определяет
надежность их работы. Он не должен выходить за пределы маслоуказателя при температурах окружающей среды от —40° до +40 °С.
Повышенный уровень масла в полюсах и соответственно умень­
шенный объем воздушной подушки над маслом приводят к чрез­
мерному давлению в баке при гашении дуги, что может служить
причиной разрушения выключателя.
Снижение объема масла также приводит к разрушению вык­
лючателя. Оно особенно опасно в малообъемных выключателях
ВМГ-10, ВМП-10. Если течь значительна и масла нет в масло­
мерном стекле, то выключатель ремонтируют и заменяют в нем
масло. При этом ток нагрузки разрывают другим выключателем
или снижают нагрузку на данном присоединении до нуля. Не­
нормальный нагрев дугогасительных контактов малообъемных
выключателей вызывает потемнение и подъем уровня масла в
маслоуказательном стекле, а также характерный запах. Если тем­
пература бачка выключателя превышает 70 'С , выключатель сле­
дует отремонтировать.
В местностях с минимальной температурой ниже 20 °С выклю­
чатели оборудуют автоматическими устройствами для подогрева
масла в баках. Не реже одного раза в три (шесть) месяцев реко­
мендуют проводить проверку приводов выключателя. При нали­
чии АЛ В опробование на отключение целесообразно осуществ­
лять от релейной защиты с выключением от АПВ. При отказе в
срабатывании выключатель необходимо отремонтировать.
П ри н а р у ж н о м о с м о т р е в о з д у ш н ы х в ы к л ю ч а ­
телей обращают внимание на его общее состояние, на целост­
ность изоляторов гасительных камер, отделителей, шунтирующих
сопротивлений и емкостных делителей напряжения, опорных ко­
лонок и изолирующих растяжек, а также на отсутствие загрязнен­
ности поверхности изоляторов. По манометрам, установленным в
распределительном шкафу, проверяют давление воздуха в резерву­
арах выключателя и поступление его на вентиляцию (у выключа­
телей, работающих с АПВ, давление должно быть в пределах
1,9...2,1 МПа и у выключателей без АПВ — 1,6...2,1 МПа). В схеме
управления выключателем предусмотрена блокировка, препят­
ствующая работе выключателя при понижении давления воздуха
ниже нормального.
При осмотре также контролируют исправность и правильность
показаний устройств, сигнализирующих о включенном или вык­
люченном положении выключателя. Обращают внимание на то,
надежно ли закрыты заслонки выхлопных козырьков гасительных
камер. Визуально проверяют целостность резиновых прокладок в
соединениях изоляторов гасительных камер, отделителей и их
опорных колонок. Контролируют степень нагрева контактных со­
единений шин и аппаратных соединений. При эксплуатации воз­
душных выключателей 1—2 раза в месяц из резервуаров удаляют
накапливающийся конденсат. В период дождей увеличивается по­
дача воздуха на вентиляцию, при понижении температуры окру­
жающего воздуха ниже минус 5 °С включается электрообогрев в
шкафах управления и в распределительных шкафах. Не реже двух
раз в год проверяют работоспособность выключателя путем конт­
рольных опробований на отключение и включение. Для предуп­
реждения повреждений выключателей 2 раза в год (весной и осе­
нью) проверяют и подтягивают болты всех уплотнительных соеди­
нений.
Обслуживание комплектных распределительных устройств. Эксп­
луатация комплектных распределительных устройств (КРУ) име­
ет свои особенности в связи с ограниченными габаритными раз­
мерами ячеек. Для защиты персонала от случайного прикоснове­
ния к токоведущим частям, находящимся под напряжением, в
КРУ предусмотрена б л о к и р о в к а . В стационарных КРУ блоки­
руют сетчатые двери, которые открывают только после отключе­
ния выключателя и разъединителей присоединения. В КРУ выкатного исполнения есть автоматические шторки, закрывающие дос-
туп в отсек неподвижных разъединяющих контактов при выкачен­
ной тележке. Кроме того, имеется оперативная блокировка, пре­
дохраняющая персонал при выполнении ошибочных операций.
Например, выкатывание тележки в испытательное положение раз­
решается блокировкой только после отключения выключателя, а
вкатывание тележки в рабочее положение — при отключенном по­
ложении выключателя и заземляющих ножей. Наблюдение за обо­
рудованием ведут через смотровые окна и сетчатые ограждения
или смотровые люки, закрытые защитной сеткой.
О с м о т р ы К Р У без их отключения проводят по графику, но
не реже одного раза в месяц. При осмотрах проверяют работу се­
тейосвещения и отопления помещений и шкафов КРУ; состояние
выключателей, приводов, разъединителей, первичных разъединя­
ющих контактов, механизмов блокировки; загрязненность и от­
сутствие видимых повреждений изоляторов; состояние цепей вто­
ричной коммутации; действие кнопок управления выключателей.
Систематически в зависимости от местных условий очищают изо­
ляцию от пыли и загрязнения, особенно в КРУ наружной установ­
ки (КРУН). При осмотрах комплектных распределительных уст­
ройств КРУ и КРУН обращают внимание на состояние уплотне­
ний в местах стыков элементов металлоконструкций; исправность
присоединения оборудования к контуру заземления; наличие
средств безопасности и пожаротушения; работу и исправность ус­
тройств обогрева шкафов КРУН; наличие, достаточность и нор­
мальный цвет масла в выключателях; состояние монтажных со­
единений; нагрев токоведущих частей и аппаратов; отсутствие по­
сторонних шумов и запахов; исправность сигнализации, освеще­
ния и вентиляции. Одновременно с осмотром проверяют
правильность положения коммутирующих аппаратов. Встроенное
в КРУ и КРУН оборудование осматривают в соответствии с инст­
рукциями по эксплуатации.
П ри э к с п л у а т а ц и и
К Р У запрещается отвинчивать
съемные детали шкафа, поднимать и открывать автоматические
шторки при наличии напряжения в тех местах, доступ в которые
ими закрыт. В шкафах КРУ выкатного типа для заземления отхо­
дящих линий при помощи разъединителей, встроенных в КРУ,
нужно сделать следующее: отключить выключатель, выкатить те­
лежку, проверить отсутствие напряжения на нижних разъединяю­
щих контактах, включить заземляющий разъединитель, поставить
тележку в испытательное положение.
Предохранители в шкафу трансформатора собственных нужд
можно менять только при снятой нагрузке. При проведении работ
внутри отсека выкатной тележки на автоматической шторке необ­
ходимо вывешивать предупреждающие плакаты: «Не включать!
Работают люди», «Высокое напряжение! Опасно для жизни!» Выка­
тывать тележку с выключателем и устанавливать ее в рабочее по­
ложение может только подготовленный оперативный персонал.
Вкатывать тележку в рабочее положение разрешается только при
отключенном положении заземляющего разъединителя.
Обслуживание разъединителей. При регулировании механичес­
кой части трехполюсных разъединителей проверяют одновремен­
ность включения ножей. При регулировании момента касания и
сжатия подвижных ножей изменяют длину тяги или хода ограни­
чителей и упорных шайб либо слегка перемещают изолятор на цо­
коле или губки на изоляторе. При полном включении нож не дол­
жен доходить до упора контактной площадки на 3—5 мм. Наи­
меньшее усилие вытягивания одного ножа из неподвижного кон­
такта должно составлять 200 Н для разъединителей на номинальные
токи 400...600 А и 400 Н для разъединителей на номинальные токи
1000...2000 А. Плотность прилегания контактов разъединителя кон­
тролируют по сопротивлению постоянному току, которое должно
быть в следующих пределах: для разъединителей РЛНД (35...220 кВ)
на номинальный ток 600 А — 220 мкОм; для остальных типов
разъединителей на. все напряжения с номинальным током 600 А —
175 мкОм, 100 А — 120 мкОм; 1500-2000 А — 50 мкОм.
Контактные поверхности разъединителей в процессе э к с п ­
л у а т а ц и и смазывают нейтральным вазелином с примесью гра­
фита. Трущиеся части привода покрывают незамерзающей смаз­
кой. Состояние изоляторов разъединителей оценивают по сопро­
тивлению изоляции, распределению напряжения на стальных эле­
ментах штыревых изоляторов или по результатам испытания
изолятора повышенным напряжением промышленной частоты.
Блок-контакгы привода, предназначенные для сигнализации и
блокировки положения разъединителя, должны быть установлены
так, чтобы сигнал об отключении разъединителя начал действо­
вать после прохождения ножом 75 % полного хода, а сигнал о
включении — не ранее момента касания ножом неподвижных
контактов.
Обслуживание короткозамыкателей и отделителей. Короткозамыкатели — аппараты, предназначенные для искусственного со­
здания короткого замыкания в тех случаях, когда ток при повреж­
дениях в трансформаторе может оказаться недостаточным для
срабатывания релейной защиты. Включается короткозамыкатель
автоматическим приводом при срабатывании релейной зашиты, а
отключается вручную.
При отключении силовых трансформаторов без нагрузки, а
также автоматическом отключении поврежденных трансформато­
ров используют отделители. Отключается отделитель автомати­
чески или вручную, включается — только вручную при помощи
съемной рукоятки. На присоединениях 35... 110 кВ с установлен­
ными последовательно отделителями и разъединителями отклю­
чение намагничивающего тока трансформаторов и емкостных
токов линии следует выполнять отделителями. Отделителями на
35 кВ допускается отключение тока замыкания на землю до 5 А.
В среднем на 10 км ВЛ 35 кВ зарядный ток составляет 0,6 А и ток
замыкания на землю 1 А.
Короткозамыкатели и отделители осматривают не реже 2 раз в
год, а также после аварийных отключений. П ри о с м о т р а х
особое внимание обращают на состояние изоляторов, контактов,
заземляющего провода, пропущенного через окно трансформато­
ра тока. При обнаружении следов обгорания контакты зачищают
или заменяют. Продолжительность движения подвижных частей
короткозамыкателя на напряжение 35 и 110 кВ от подачи импуль­
са до замыкания контактов должна быть не более 0,4 с, а отделите­
ля от подачи импульса до размыкания контактов соответственно
0,5 и 0,7 с.
В процессе э к с п л у а т а ц и и короткозамыкателей и отделите­
лей особое внимание следует уделять наиболее ненадежным уз­
лам: открытым или недостаточно защищенным от возможного
загрязнения и обледенения пружинам, контактным системам и
шарнирным соединениям, а также незащищенным подшипникам,
выступающим с задней стороны.
Во время н а л а д к и короткозамыкателя и отделителя обраща­
ют внимание на надежное срабатывание блокировочного реле от­
делителя (БРО), которое рассчитано на токи 500...800 А. Поэтому
при токах короткого замыкания менее 500 А шину заземления
следует заменить проводом и пропустить его через трансформатор
тока несколько раз. Если этого не сделать, реле БРО будет подтя­
гивать якорь нечетко и тем самым освобождать запирающий меха­
низм привода отделителя до отключения тока короткого замыка­
ния. Преждевременное отключение отделителей — одна из при­
чин их разрушения.
Текущий р е м о н т отключающих аппаратов, а также про­
верку их действия (опробование) проводят по мере необходи­
мости в сроки, установленные главным инженером предприятий.
В объем работ по текущему ремонту входят: внешний осмотр, чис­
тка, смазка трущихся частей и измерение сопротивления контак­
тов постоянному току. Внеплановые ремонты выполняют в случае
обнаружения внешних дефектов, нагрева контактов или неудов­
летворительного состояния изоляции. Наладка короткозамыкате­
ля и отделителя заключается в проверке работы привода на вклю­
чение и отключение, проверке положения ножей и завода отклю­
чающей пружины привода с блокирующим реле БРО, регулировке
хода сердечников электромагнитов и реле.
Контроль состояния токоведущих частей и контактных соединений.
Состояние токоведущих частей и контактных соединений шин и
аппаратов распределительных устройств проверяют при осмотрах.
Нагрев разъемных соединений в закрытых распределительных уст­
ройствах контролируют при помощи электротермометров или тер­
мосвечей и термоиндикаторов. Действие электротермометра осно­
вано на принципе измерения температуры при помощи терморези-
стора, наклеенного на наружную поверхность головки датчика и
закрытого медной фольгой. Температуру нагрева контактных со­
единений определяют при помощи набора термосвечей с различ­
ными температурами плавления. В качестве термоиндикаторов
применяют обратимые пленки многократного действия, которые
при длительном нагреве изменяют свой цвет. Термоиндикатор дол­
жен выдерживать, не разрушаясь, не менее 100 изменений цвета
при длительном нагреве до температуры 1 10 “С.
Обслуживание заземляющих устройств. В процессе эксплуата­
ции выполняют осмотры, периодические проверки и испытания
заземляющих устройств в соответствии с рекомендациями ППР.
На участке заземляющих устройств, подверженных интенсивной
коррозии, устанавливают более частую периодичность измерений.
Внеплановые измерения сопротивления заземляющих устройств
проводят после их переустройства или капитального ремонта. С о­
противления заземляющих устройств измеряют специальными
приборами МС-08, М-416, Ф4103 или методом амперметра-вольт­
метра. Принципиальные схемы включения приборов МС-08,
М-416, Ф4103 приведены на крышках приборов или в инструкциях.
В качестве вспомогательных заземлителей используют металличес­
кие стержни диаметром 12...16 мм, которые забивают в землю на
глубину 0,5 м на расстоянии, указанном в инструкции.
При измерении сопротивления заземления методом амперметра-вольтметра (рис. 9.1) вспомогательные заземлители выполняют
путем забивки труб диаметром 50 мм и длиной 2,5 м на расстоя­
нии нескольких десятков метров от проверяемого заземляющего
устройства. Зонд забивают вне зоны влияния токов растекания
проверяемого заземления и вспомогательного.
Для повышения точности измерений методом амперметра-вольт­
метра желательно иметь как можно больший ток (несколько десят­
ков ампер) и большее внутреннее сопротивление вольтметра. С о­
противление заземления растеканию КХ= М//13, где АII— падение
напряжения между проверяемым
заземлением и зондом, В; / 3 — ток,
пропускаемый через проверяемое
о
заземление, А. Целостность заземляющеи сети и наличие контакта в
местах присоединения определяют
РА РЧ
при помощи амперметра на пони­
женном напряжении (12 В).
В ОРУ контроль за контактами
осуществляют при помощи термо­
указателей однократного действия
и визуально. Состояние контактов
сборных
шин
ОРУ
в
процессе
экс­
Рис. 9.1. Принципиальная схема
плуатации периодически проверя­
измерения сопротивления заземле­
ния методом амперметра-вольтметра
ют, измеряя переходное сопротив-
|
|
I
I
|
к
ление. Значение сопротивления участка шин в месте контактного
соединения не должно превышать сопротивления целой шины
более чем в 1,2 раза.
»
9.5. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ
ТРАНСФОРМАТОРОВ
|
Основные признаки выхода из строя трансформаторов — по­
трескивание и ненормальные шумы, ненормальное вторичное на­
пряжение, течь масла, пробой обмоток и обрывы в них и перегрев
трансформатора. Эти дефекты вызваны недостаточной и некаче­
ственной эксплуатацией трансформаторов, полным отсутствием
или неполноценным проведением планово-предупредительных
ремонтов. Их можно устранить, наладив работу электромонтеров
Щ соответствующих служб.
Для устранения перегрева трансформаторов в процессе эксплу­
атации необходимо следить за правильностью выбора мощности
силового трансформатора и степенью его загрузки. При этом
мощность силового трансформатора должна быть приведена к
!
температуре окружающей среды. Это условие можно выполнить,
если провести коррекцию мощности трансформатора в зависимо­
сти от среднегодовой температуры для данной местности. При
среднегодовой температуре, не равной +5°С, паспортная мощ­
ность трансформатора, кВ • А, должна быть пересчитана (приведе­
на к стандартной температуре, +5 °С) по формуле
5 '=3;Г 1ч± ^ р \
" . Н1
100
где 5^ _ паспортная мощность трансформатора, кВ А; *ср — среднегодовая темпе­
ратура воздуха в местности, где установлен трансформатор, °С.
Если трансформатор установлен в неотапливаемом вентилиру­
емом помещении, то среднегодовую температуру принимают на
8 “С выше температуры воздуха на открытом месте, исходя из того,
что температура входящего и выходящего воздуха различается на
15‘С, т. е.
4ср.пом
^ср
®1
где 4ф.Пом — среднегодовая температура в помещении, ’С.
С учетом использования трансформаторов по мощности пра­
вилами технической эксплуатации д о п у с к а е т с я а в а р и й ­
на я 4 0 % - н а я их п е р е г р у з к а с в е р х н о м и н а л ь н о й
на период максимумов общей суточной продолжительностью не
более 6 ч в течение не более 5 сут. При этом коэффициент
предварительной загрузки трансформатора не должен быть бо­
лее 0,93. В аварийных случаях допускается кратковременная пере­
грузка трансформаторов сверх номинальной независимо от пред­
шествующего режима и температуры охлаждающей среды, допус­
тимые значения перегрузки трансформаторов приведены в табли­
це 9.1. Допустимые нормальные перегрузки в процессе
эксплуатации трансформаторов рассчитывают исходя из того, что
срок службы трансформатора 20 лет.
9.1. Допустимые перегрузки трансформаторов
Кратковре­
менная
перегрузка
трансформато­
ров в долях
номинальной
нагрузки по
току
Длительность перегрузки
трансформаторов, мин
маслонапол­
ненных
1,20
сухих
Кратковре­
менная
перегрузка
трансформато­
ров в долях
номинальной
нагрузки по
току
Длительность перегрузки
трансформаторов, мин
маслонапол­
ненных
60
1,60
65
1,30
120
45
1,75
20
1,40
90
32
2,00
10
1,50
70
18
сухих
—
ч;
Существует трехпроцентное правило определения нормальной
перегрузки с учетом суточной загрузки трансформатора.
Если суточный график нагрузки трансформатора имеет коэффи­
циент заполнения менее 100 %, то на каждые 10 % снижения коэф­
фициента заполнения суточного графика нагрузки допускается пере­
грузка в 3 % сверх номинальной мощности трансформатора в часы
максимума нагрузки в том случае, если температура окружающей
среды не выше +35 С.
100—АГзап.г
Аз%
•з,
10
где А3%— допустимая перегрузка трансформатора по трехпроцентному правилу;
^зап.г — коэффициент заполнения суточного графика нагрузки, %.
Коэффициент заполнения суточного графика (■
&»„ ,-) нагрузки
трансформатора определяют как отношение площади, ограничен­
ной графиком нагрузки (Х(//)), к площади прямоугольника, сто­
ронами которого являются абсцисса Г=24ч и ордината /макс —
максимальный ток нагрузки за сутки (рис. 9 .2 ):
макс
* макс
Таким образом, коэффициент заполнения суточного графика
нагрузки — это отношение среднесуточного тока к максималь-
ному току за сутки (или отношение среднесуточной нагрузки 1
максимальной).
Коэффициент заполнения суточного графика нагрузки мож
но определить и по показаниям счетчиков активной и реактив
ной энергии:
IV
Ц
П
У
а
С08ф с р -ВЗВ
гае
— показания счетчика активной энергии, В • А • ч; 1/н — номинальное ли­
нейное напряжение трансформатора, В; соз Фср.юв — значение средневзвешенно­
го коэффициента мощности.
Однако известно, что
С 08ф ср.взв -
а
I— ----г
№ + ^
тогда
к
+к
ш
ж
№ ?+ к
щ ,
или можно записать
”
№+»? №*К
245^» ’
где
— показания счетчика реактивной Энергии, варч;
потребляемая мощность, В *А.
— максимальная
В летние месяцы нагрузка на трансформаторы меньше, чем в
зимнее время, и следователь­
но, износ изоляции трансфор­
маторов летом бывает меньше.
Эго дает возможность без
ущерба для срока службы изо­
ляции зимой допустить его пе­
регрузку по однопроцентному
правилу.
Если максимум типового
(среднего) графика нагрузки ле­
том (июнь, июль, август) мень­
ше номинальной нагрузки транс­ Рас. 9.2. Суточный график нагрузки
форматора, то в зимние месяцы
трансформатора
(ноябрь, декабрь, январь и февраль) допускается перегрузка в 1% на
каждый 1 % недогрузки летом, но не более чем на 15 %.
4 » = 5 " ~ 5 а“ -л 1°о%,
н
где 5максл — максимум типового графика нагрузки летом; 5^ — пересчитанная
паспортная мощность трансформатора, кВ • А.
Оба правила допускается применять совместно, но при этом
трансформаторы, установленные на открытом воздухе, не должны
быть перегружены более чем на 30 %, а трансформаторы, установ­
ленные в закрытых вентилируемых помещениях, — более чем на
2 0 %, т. е.:
Здоп = 1 ,3 ^ — открытая установка трансформатора;
*5доп= 1,2 ^ — установка трансформатора в закрытых помеще­
ниях.
Пример. Мощность трансформатора, установленного в помещении, 320 кВ • А,
среднегодовая температура окружающей среды +5°С. Коэффициент заполнения су­
точного графика нагрузки 0,8. Максимум летней нагрузки 280 кВ *А. Определить
допустимую мощность трансформатора во время зимнего максимума нагрузки.
Р е ш е н и е . Так как трансформатор установлен в помещении, то среднегодо­
вую температуру принимают на 8°С выше, тогда
^ср.пом = <:р+ 8 = 5 + 8 = 13 С.
С учетом этого определим номинальную мощность трансформатора
Недогрузка трансформатора составляет (1 -0,8)100 = 20%. Тогда допустимая
егрузка по трехпроцентному правилу
,
ша-.*—
№г.а>.
А * --- ш-- 3-- щ -З- 6 %.
Допустимая перегрузка по однопроцентному правилу
*зн
100%=29^ 80100%=5,1 %.
295
Тогда общая допустимая перегрузка по обоим правилам
Л3%+Л1% = 6 + 5Э1 = 11,1%.
Значит, в зимнее время трансформатор может быть загружен до мощности
100+ ^%+ ^ %
100+6,0+5,1
------- ;55------- —
А
Статистика показывает, что большая часть трансформаторов выходит из строя
не зимой, в период максимальной нагрузки, а летом — при минимальной. Проис­
ходит это потому, что на нагрев трансформатора влияют не только его нагрузка и
подведенное напряжение, но и температ>фа окружающей среды.
Контрольные вопросы и задания
1. Опишите методику транспортировки силовых трансформаторов. 2. Когда
силовые трансформаторы выводят в ремонт? 3. Перечислите причины, вызываю­
щие основные неисправности трансформаторов. 4. В чем заключается подготовка
трансформаторов к включению? 5. Какие операции входят в объем текущего ре­
монта? 6. На что обращают внимание при осмотре силового трансформатора? 7.
Каковы допустимые перегрузки трансформаторов? 8. Расскажите об эксплуатации
электрооборудования распределительных устройств. 9. Опишите технологию тех­
нического обслуживания различных видов распределительных устройств.
З а д а н и е 1. Определить максимально допустимую перегрузку силового
трансформатора ТМ-160/10-0,4, если продолжительность максимума составляет
Зч и максимальный ток нагрузки 160А, а коэффициент заполнения суточного
графика нагрузки 0,6.
З а д а н и е 2. Определить максимально допустимую перегрузку силового
трансформатора ТМ-100/10-0,4, установленного в помещении, если максимальная
нагрузка летом 80 кВ • А. Среднегодовая температура для данной местности +5 °С.
З а д а н и е 3. Определить максимально допустимую перегрузку силового
трансформатора ТМ-400/10-0,4, установленного на мачтовой подстанции в мест­
ности, где среднегодовая температура +3 °С, коэффициент заполнения суточного
графика нагрузки 0,7, а максимальная нагрузка летом 360 кВ • А.
З а д а н и е 4. Определить коэффициент заполнения суточного графика на­
грузки, если показания счетчиков активной и реактивной нагрузки соответствен­
но 1600 кВт • ч и 2200 квар • ч, показания счетчиков определены за 24 ч.
Г л а в а 10
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ГЕНЕРАТОРОВ
10.1. ПРИЕМКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ
При приемке электродвигателя в эксплуатацию проводят ос­
мотр двигателя, передаточного устройства между электродвигате­
лем и рабочей машиной, пускозащитной аппаратуры, заземления
и крепежа всего электропривода. Проверяют возможность свобод­
ного вращения вала. На электродвигателе и приводных механиз­
мах стрелками указывают направление вращения машины.
Аппаратуру управления располагают ближе к электродвигате­
лю, т. е. в местах, удобных для ее обслуживания. При дистанцион­
ном расположении аппаратуры управления и защиты непосред­
ственно у электродвигателя устанавливают кнопочную станцию и
сигнализацию, оповещающую о предстоящем пуске рабочей ма­
шины.
Для контроля наличия напряжения на щитах устанавливают
вольтметры или сигнальные лампы, а при необходимости и ампер­
метры для контроля за режимом работы электродвигателя. При
приемке в эксплуатацию измеряют сопротивление изоляции элект­
родвигателя, значение которого в соответствии с ПТЭ должно быть
не ниже 0,5 МОм при рабочей температуре обмотки. Такое же со­
противление изоляции должна иметь пускозащитная аппаратура.
Корпуса электрических машин надежно заземляют, заземляю­
щие проводники (окрашены в черный цвет) должны быть доступ­
ными для осмотра и при необходимости иметь защитные устрой­
ства для предотвращения возможных механических воздействий.
Непосредственно перед пробным пуском определяют начала и
концы обмотки статора электродвигателя. Пуск асинхронного
электродвигателя включает в себя ряд операций, в ходе которых
проверяют: сопротивление изоляции обмоток; легкость вращения
машины (от руки); работоспособность пусковой аппаратуры и пра­
вильность защиты электродвигателя; симметрию напряжения сети
и его соответствие номинальному значению напряжения электро­
двигателя. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым
ротором включают в сеть, как правило, напрямую под полное на­
пряжение сети. При этом для электродвигателей мощностью бо­
лее 10 кВт определяют потери напряжения при пуске АV:
&тр+гл
где 1Я— сопротивление линии электропередачи, зависящее от марки, площади
поперечного ^сечения и чдлины провода;
_
при пуске
^Н-Ф
г г
лгщв
— сопротивление электродвигателя
’ (/„ * - номинальное фазное напряжение сети; К:
кратность пускового тока электродвигателя; /ндв — номинальный фазный ток
электродвигателя; Зф — сопротивление трансформатора при пуске электродвигателя
г
■
*нлр
*100 Г Ц.ЛР — номинальное фазное напряжение трансформатора;
^ '
%— напряжение короткого замыкания трансформатора; 1нлр — номинальный
фазный ток трансформатора.
Прямой пуск электродвигателя допустим, если при этом сни­
жение напряжения сети не превышает 15...20 % номинального.
При необходимости проверяют пуск электродвигателя, работаю­
щего с рабочей машиной.
[ля снижения пусковых токов асинхронных короткозамкнутых
электродвигателей применяют следующие способы: пуск электрозигателя с переключением обмотки со звезды на треугольник, ав­
тотрансформаторный пуск, пуск при помощи реакторов. В настоя­
щее время разработаны средства для управления частотой враще­
ния асинхронных электродвигателей на базе широтно-импульсной
модуляции. Их использование позволяет снизить пусковой ток
асинхронного короткозамкнутого электродвигателя до ( 1,5 ...2 ,0 )/н.
10.2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И ТЕКУЩИЙ РЕМОНТ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Техническое обслуживание (ТО) электродвигателей проводят на
месте установки без демонтажа и разборки. В объем ТО входят:
очистка электродвигателя от пыли и грязи; проверка исправности
заземления, крепления электродвигателя и его элементов, степени
нагрева и уровня вибрации и шума, надежности контактных соеди­
нений; измерение сопротивления изоляции и устранение обнару­
женных неисправностей. У двигателей с фазным ротором проверя­
ют состояние контактных колец и щеточного механизма.
Сроки ТО электродвигателей зависят от характеристики поме­
щений и рабочих машин, с которыми они работают. ТО электро­
двигателей проводят 1 раз в три месяца, кроме электродвигателей,
установленных на зернодробилках, молотилках, прессах, измель­
чителях кормов (пыльные, влажные помещения), для которых ТО
осуществляют 1 раз в полтора месяца. Такую же периодичность
обслуживания имеют электродвигатели, работающие на откры­
том воздухе или под навесом. Для двигателей молочных вакуумнасосов и пастеризаторов (особо сырые помещения) ТО выпол­
няют 1 раз в два месяца.
Текущий ремонт (ТР) электродвигателей проводят либо на месте
их установки, либо на пункте технического обслуживания, в мас­
терской и т. д. Текущие ремонты на месте установки электрообо­
рудования выполняют специализированные выездные бригады.
В соответствии с системой ППР и ТО в объем текущего ремон­
та электродвигателя входят: очистка от пыли и грязи; отсоеди­
нение от питающих проводов и заземление; демонтаж на месте
установки и разборка; очистка обмотки; измерение сопротивле­
ния изоляции обмотки и при необходимости сушка обмотки:
промывка подшипников, проверка и их замена при необходимос­
ти; ремонт или замена поврежденных выводных проводов обмот­
ки и клеммной панели, коробки выводов; сборка; смазка подшип­
ников; испытание на холостом ходу; покраска и при необходимос­
ти установка электродвигателя на рабочее место; центровка с ра­
бочей машиной и испытание под нагрузкой.
У
электродвигателей с фазным ротором проверяют состояние
контактных колец, при необходимости выполняют их проточку и
шлифовку, регулируют щеточный механизм и, если нужно, заменя­
ют щетки.
При сушке обмоток электродвигателя удаляется влага из пор
и трещин обмотки, но сами трещины и поры в лаковой пленке
сохраняются. Значит, сохраняется вероятность довольно быст­
рого увлажнения обмотки электродвигателя при его «дыхании»
в процессе эксплуатации, а следовательно, и вероятность про­
боя. Устранение пор и трещин лаковой пленки проводников
обмотки позволяет избежать ее увлажнения на длительный
срок. Трещины и поры могут быть устранены только пропиткой
обмотки в лаке.
Пропитка обмотки повышает ее надежность, но усложняет тех­
нологию ремонта, требует наличия пропиточных ванн, емкостей
для хранения лака и т. д. Кроме того, увеличивается время нахож­
дения электродвигателя в ремонте, оно может оказаться больше
времени простоя между рабочими циклами. В этом случае потре­
буется замена ремонтируемого электродвигателя на резервный.
Поэтому необходимо в каждом конкретном случае перед текущим
ремонтом проводить тщательную диагностику состояния электро­
двигателя и на основе полученных данных решать вопрос об объе­
ме и месте проведения ремонта.
Периодичность текущих ремонтов электродвигателей серий 4А
и АИР в соответствии с системой ППР и ТО составляет 24 месяца,
за исключением электродвигателей, установленных на молочных
вакуум-насосах и пастеризаторах в особо сырых помещениях, в
которых влажность превышает 98 %; в этом случае периодичность
текущих ремонтов составляет 18 месяцев.
В системе ППР и ТО определена периодичность обслуживания
и ремонта применительно к помещению и рабочей машине, для
которых используют электродвигатель. Влияние режима работы
электродвигателя на изменение характеристики изоляции обмотки
при определении периодичности ТО и ТР не учтено. Кроме того,
не учтен срок эксплуатации электродвигателя. В соответствии с си­
стемой ППР и ТО одинаковую периодичность имеют новый элект­
родвигатель, впервые подвергавшийся ТО или ТР, и электродвига­
тель, уже неоднократно прошедший ТО и ТР. Не оговорена перио­
дичность ТО и ТР электродвигателей, установленных на рабочие
машины после капитального ремонта или модернизации.
В этих условиях возрастает значение диагностики электрообо­
рудования и роль руководителей электротехнической службы хо­
зяйства при составлении месячных и годовых графиков ТО и ТР
электрооборудования. Качественно выполненная диагностика
электрооборудования хозяйства позволяет скорректировать сроки
проведения технического обслуживания и текущего ремонта элек­
трооборудования. При помощи диагностики выявляют и выводят
из работы для ремонта (модернизации) или для списания электро­
оборудование, выработавшее свой ресурс и имеющее предельно
допустимые параметры надежности. В результате предотвращают
внезапный отказ электрооборудования и аварийную остановку
технологического процесса.
10.3. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Специальные электронасосные установки, погружаемые в сква­
жины на глубину 20...250 м от поверхности земли, открыли широ­
кие возможности использования подземных вод для бытовых нужд
сельского населения и для производственных целей. Почти в каж­
дом крупном хозяйстве имеется несколько скважин, оборудован­
ных погружными электронасосами. Быстро растет парк погружных
электродвигателей, которыми комплектуют насосные установки.
В некоторых хозяйствах, особенно южных районов страны, име­
ется в эксплуатации по 50 и более погружных электродвигателей.
Наибольшее распространение получили электродвигатели типа
ПЭДВ-а-б (а — погружной электрический водонаполненный дви­
гатель мощностью от 2 до 65 кВт; б — внешний диаметр от 140 до
230 мм). Их конструкция существенно отличается от конструкции
асинхронных двигателей единых серий. Например, обмотка вы­
полнена специальным проводом, который предназначен для рабо­
ты в воде; ротор имеет подшипники скольжения, смачиваемые во­
дой; корпус полностью герметизирован и заполнен водой.
Цель производственной эксплуатации погружных электродвига­
телей — обеспечение требуемого графика водоснабжения объекта
и поддержание режима наибольшего КПД насосной установки.
Для ее достижения служат следующие мероприятия:
контроль дебита и динамического уровня подземных вод сква­
жины и подбор режима работы насосной установки, при котором
исключается «сухой ход» насоса;
поддержание гидравлических параметров сети, при которых
насос работает устойчиво и с наибольшим КПД;
оснащение системы водоснабжения запасными емкостями и
водонапорными башнями, обеспечивающими резервирование водоподачи при отказах насосной установки;
поддержание требуемого качества напряжения на зажимах
электродвигателя.
Подготовка погружного электродвигателя к работе. Перед вклю­
чением внутреннюю полость заполняют чистой водой. Измеряют
сопротивление изоляции статора относительно корпуса — оно
должно быть не менее 5 МОм при температуре воды 20 °С. Соеди­
няют выводные провода с питающим кабелем, места соединений
погружают в металлическую емкость с водой и после выдержки в
течение 1,5 . 2 ч измеряют сопротивление этих соединений — оно
должно быть не менее 500 МОм. Опускают насосную установку в
скважину и через 1,5 ч измеряют сопротивление изоляции об­
мотки статора и питающего кабеля — оно должно быть не менее
5 МОм. Подготавливают водопроводную сеть и включают электро­
двигатель. По амперметру определяют потребляемый из сети ток —
он не должен превышать номинальное значение. После 5...6 дней
работы установки на шкале амперметра делают отметку, которая
соответствует току фактической нагрузки двигателя и в дальней­
шем служит для настройки станции управления, а также контроля
состояния установки.
Техническое обслуживание выполняют без подъема электродви­
гателя из скважины ежемесячно в следующей последовательности.
Измеряют ток и напряжение электродвигателя. Увеличение тока
на 20...25 % (при номинальном напряжении) свидетельствует об
износе деталей установки и указывает на необходимость текущего
ремонта. Выключают двигатель и после остывания в течение
45 мин измеряют сопротивление изоляции обмотки и питающего
кабеля относительно заземленных частей насосной установки.
Снижение сопротивления в 2...3 раза по сравнению с предыдущим
результатом или его уменьшение ниже 5 МОм свидетельствует о
дефектах в изоляции.
Основные причины низкого качества погружных насосов
коррозия металлических частей и старение изоляции обмоток.
Эти процессы происходят как в работающем, так и в неработаю­
щем электродвигателе. Для устранения этих явлений заводы-изго­
товители рекомендуют заливать электродвигатель дистиллирован­
ной ингибированной водой. Состав ингибитора, г/л: уротропин —
2,4; нитрат натрия— 1,09; хромат калия — 0,6. При таком
ингибиторе скорость коррозии деталей и узлов электродвигателей
значительно замедляется.
Кроме этого, эксплуатационная надежность погружных элект­
родвигателей может быть повышена устранением неисправностей
при очередных ремонтах и ревизиях (таблица 10 . 1).
10.1.
Основные причины неисправностей
погружных электродвигателей и способы их устранения
Неисправность
Основная причина
Способ устранения
После нажатия кноп­ Понижение напряжения сети. Восстановить требуемое
ки «Пуск» амперметр Затормаживание ротора
напряжение на всех учас­
показывает повышен­
тках сети от трансформа­
ный ток и двигатель
торной подстанции до за­
не разворачивается
жимов двигателя
Колебания показаний Неудовлетворительная балан- Поднять насос из скваамперметра и повы­ сировка или центровка насоса жины и устранить неиспшенная вибрация на­ и двигателя. Повышенный из- равности
соса
нос подшипников двигателя
Отсутствие
подачи Засорение приемной сетки на- То же
воды, потребляемый соса. Застревание в закрытом
ток близок к току хо­ положении обратного клапана
лостого хода
насоса
Пониженный напор в Неправильное вращение дви­
водопроводной сети
гателя. Износ деталей насоса.
Снижение уровня воды в
скважине
Изменить
направление
вращения двигателя. За­
менить насос. Удлинить
колонну водоподъемных
труб
10.4. МЕРЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Модернизация своевременно выведенного в ремонт электро­
оборудования позволит повысить его надежность и, как следствие,
обеспечить непрерывность технологического процесса сельскохо­
зяйственного производства. В результате диагностики может быть
принято решение об удлинении сроков между проведением ТО и
ТР для электрооборудования, имеющего высокие параметры на­
дежности, что позволит экономить затраты на проведение техни­
ческого обслуживания электрооборудования.
Основные причины выхода из строя электродвигателей, ис­
пользуемых в сельскохозяйственном производстве:
несоответствие тяжелым условиям среды;
несоответствие или отсутствие защиты от неполнофазных ре­
жимов работы и аварийных перегрузок;
недостаточный уровень обслуживания при эксплуатации.
Остановимся только на первой причине. Меры для ее устране­
ния следующие: выпуск электродвигателей повышенной надежно­
сти; модернизация электродвигателей старых серий при ремонте;
вынос электродвигателей за пределы влажной агрессивной среды.
Выпуск электродвигателей повышенной надежности. Повышая
надежность, на заводах делают электродвигатели в узкоспециа­
лизированном исполнении для условий сельскохозяйственного
производства. Электродвигатели четвертой серии сельскохозяй­
ственного исполнения 4А....СХ хорошо себя оправдали в эксплу­
атации. При работе в животноводческих помещениях срок служ­
бы электродвигателей сельскохозяйственного исполнения дости­
гает 6...8 лет, а серии общепромышленного исполнения — всего
1...2 года.
В четвертой серии электродвигателей общепромышленного ис­
полнения использованы те же изоляционные и активные материа­
лы, что и в двигателях А02СХ. Поэтому электродвигатели серий
4А и А02СХ работают с одинаковой надежностью. Отличие выпус­
каемых электродвигателей специализированного исполнения
4А...СХ заключается только в анодировании или никелировании
крепежных частей двигателя и более качественной окраске.
Модернизированные электродвигатели четвертой серии 4АМ
обладают повышенной надежностью. Отечественная электропро­
мышленность выпускает электродвигатели серии АИ (интернаци­
ональной), характеристики и надежность которых еще более по­
вышены, наработка на отказ этих электродвигателей увеличена в
два раза по сравнению с электродвигателями серии 4А.
Таким образом, современные электродвигатели общепромыш­
ленного исполнения относят к универсальным, так как их можно
использовать в особо сырых животноводческих помещениях
(влажность 80... 100 %) с химически активной средой, содержащей,
мг/м3: аммиак — 2... 140, сероводород — 10...90 и углекислый газ —
0,03...0,88, запыленность — до 240 г/м3.
Модернизация электродвигателей старых серий. В сельскохозяй­
ственном производстве используют электродвигатели разных се­
рий, в том числе и старых — А, АО, А2, А02, прошедших не один
капитальный ремонт. При капитальных и текущих ремонтах элек­
тродвигатели старых серий желательно модернизировать.
Пропитка обмоток — первый способ модернизации. Обычно на
электромашиностроительных заводах при изготовлении электро­
двигателей применяют двукратную пропитку обмоток. На электроремонтных заводах иногда отступают от технологии ремонта и
применяют только однократную пропитку обмотки, что заметно
снижает надежность двигателей.
Простейшей модернизацией электродвигателей при их ремон­
те считают трехкратную пропитку лаком, модифицированным ин­
гибиторами. Ингибитор диффундирует в лаковую пленку и, за­
полняя ее поры, препятствует проникновению влаги. При выпол­
нении текущего ремонта лобовые части обмотки статора обраба­
тывают при помощи краскораспылителя или окунают в
специальные ванны с растворами (для электродвигателей малой
мощности).
Экспериментальные данные показали, что после двух месяцев
эксплуатации сопротивление изоляции обмоток электродвигате­
лей, пропитанных модифицированной эмалью, оказалось в 4 раза
выше, чем сопротивление изоляции электродвигателей, пропи­
танных немодифицированной эмалью ГФ-92ХС.
Капсулирование лобовых частей электродвигателей — второй спо­
соб модернизации электродвигателей старых серий. Способ капсулирования обмоток п ри п о м о щ и э п о к с и д н ы х с м о л
ввиду сложности технологии капсулирования применяют только на
ремонтных заводах при капитальных ремонтах двигателей. Кроме
того, следует учесть, что двигатель с капсулированной эпоксидным
компаундом обмоткой становится неремонтопригодным.
Способ капсулирования лобовых частей обмоток п ри п о м о ­
щи э л а с т о м е р о в на основе синтетического каучука приме­
няют при текущих ремонтах электродвигателей даже в мастерских
сельскохозяйственных предприятий.
Для мощных электродвигателей старых серий применяют л о ­
б о в ые о х л а д и т е л и обмоток. Суть способа заключается в на­
несении на лобовые части обмотки слоя изоляционного лака. За­
тем на обмотку укладывают алюминиевые сегменты, плотно охва­
тывающие обмотку и прилегающие к пакету статора. В результате
обмотка герметизируется (капсулируется) и резко возрастает ее
теплоотдача. Опыты показали, что срок службы электродвигате­
лейдостигает 8 лет, при этом мощность двигателя может быть уве­
личена на одну ступень. Недостаток способа заключается в его
сложности.
Рис. 10.1. Принципиальные схемы подогрева обмоток
электродвигателя при помощи конденсаторов (а), одноти­
ристорного (б), двухтиристорного устройств (в);
КМ — магнитный пускатель; П / — плавкий предохранитель;
УЗ—тиристор; V— симистор; М — двигатель
Меры против воздействия влаги на электродвигатель. При монта­
же электродвигателей в помещении необходимо учитывать обес­
печение надежности их работы. Так, существующие системы
крышной вентиляции животноводческих комплексов по откорму
крупного рогатого скота в основном выполнены таким образом,
что на электродвигатель постоянно стекает влага, поступающая в
помещение из окружающей среды через вентиляционную трубу.
Это приводит к выходу из строя значительного числа электродви­
гателей. Смещением электродвига­
А В С
теля относительно вентиляцион­
ной трубы (вентилятора) можно
резко сократить аварийность дан­
КК1
ных электродвигателей.
К числу эффективных профи­
I
лактических мероприятий, предотв­
$
КК2
а
ращающих возможное увлажнение
«\
>
изоляции, относят создание микро­
С С С
*
климата внутри оболочки электро­
УО
двигателя путем подогрева обмоток
электродвигателя в период его нера­
К1
бочего состояния. При токовом ме­
а
[
тоде подогрева и сушке электро­
двигателей непосредственно на ра­
бочем месте обмотки подключают
через: конденсаторы (рис. 10. 1, а),
однотиристорное (рис. 10. 1, б), двух­ Рис. 10.2. Схема с использованием
конденсаторов для защиты от потери
тиристорное устройства (рис. 10. 1, в).
фазы:
Обмотки могут быть подключены и КК1, КК2— элеюротепловые реле; АХ—
к вторичной обмотке понижающе­ промежуточное реле; 11В— выпрямитель­
й преобразователь; Уй— стабилит­
го трансформатора, например сва- ны
рон; О г — автоматический выключатель
рочного. Ток в обмотке электродвигателя должен быть таким, что­
бы температура электродвигателя превышала температуру окружа­
ющей среды на 5... 10 °С, что препятствует проникновению внутрь
изоляции влаги и ее агрессивных примесей. При таком подогреве
электродвигателя улучшается коэффициент мощности электроус­
тановки фермы в целом.
Кроме того, индивидуальные конденсаторные батареи, соеди­
ненные в звезду, можно использовать в качестве элемента реле за­
щиты от потери фазы для двигателей, однофазный режим которых
недопустим (рис. 10.2).
Одно из главных условий долговечной работы электрических
машин — правильный выбор аппаратуры управления электродви­
гателями и их защиты в соответствии с требованиями Правил уст­
ройства электроустановок (ПУЭ).
10.5. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЗЕРВНЫХ
И ПЕРЕДВИЖНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Резервные электростанции обеспечивают бесперебойное элек­
троснабжение сельскохозяйственных потребителей. Их устанав­
ливают, как правило, непосредственно у потребителей I и II кате­
горий. Промышленность выпускает резервные электростанции и
агрегаты с карбюраторными и дизельными двигателями. При
мощностях свыше 16 кВт экономически оправдано применение
дизельных электростанций.
Основной элемент стационарных и передвижных резервных
электростанций — дизель-генератор. Первичный дизельный дви­
гатель и синхронный генератор соединены между собой жесткой
муфтой. Электростанции комплектуют аппаратурой и конт­
рольно-измерительными приборами для управления и наблюде­
ния за их работой.
Стационарные дизель-электрические агрегаты мощностью до
200 кВт поставляют комплектными. Они предназначены для рабо­
ты в закрытых помещениях при температуре окружающего возду­
ха +8...+40 °С.
Передвижная электростанция представляет собой комплек­
тную электроустановку, смонтированную на транспортных
средствах и защищенную от атмосферных воздействий. Она
предназначена для работы на открытом воздухе при температуре
—50...+40 °С. Конструкция электростанции позволяет перемещать
ее на любое расстояние без нарушения готовности к работе.
В зависимости от назначения дизельного агрегата и конкрет­
ных условий его эксплуатации государственным стандартом пре­
дусмотрены три степени автоматизации.
Первая степень (наименьшая) обеспечивает требуемую частоту
вращения, температуру охлаждающей жидкости и смазочного
масла; авариино-предупредительную сигнализацию и защиту;
подзарядку аккумуляторных батарей (по требованию заказчика) и
пополнение топливом расходных баков при необходимости.
Вторая степень обеспечивает управление дизель-электрическими агрегатами при пуске, работе и остановке в течение не менее 16 ч
для агрегатов мощностью до 100 кВт и не менее 24 ч для агрегатов
мощностью свыше 100 кВт.
Кроме того, должны автоматически выполняться: пуск по ко­
манде от автоматического устройства или дистанционно; подго­
товка к приему нагрузки, прием нагрузки или выдача сигнала о
готовности к приему нагрузки (при параллельной работе); прием
нагрузки с синхронизацией, дистанционное управление частотой
вращения агрегата при ручном вводе в синхронизм; остановка по
команде от автоматического устройства или с дистанции; поддер­
жание неработающего двигателя в прогретом состоянии.
Третья степень обеспечивает управление дизель-электрическим агрегатом в течение 150 ч для агрегатов мощностью до 100 кВт
и не менее 240 ч для агрегатов мощностью свыше 100 кВт. Допол­
нительно выполняются следующие операции: наполнение топ­
ливных, масляных и жидкостных баков, воздушных баллонов;
подзарядку аккумуляторных батарей, распределение заданных ак­
тивных и реактивных нагрузок при параллельной работе; управле­
ние вспомогательными агрегатами, обеспечивающими автомати­
ческую работу в течение 240 ч.
Дизель-электрические агрегаты, автоматизированные по вто­
рой и третьей степеням, должны иметь аварийную сигнализацию
и защиту при достижении предельных значений: температуры ох­
лаждающей жидкости, температуры смазочного масла, давления
смазочного масла, давления, расхода или уровня жидкости в замк­
нутом контуре охлаждения, частоты вращения, обратного тока
или обратной мощности.
Резервные станции вырабатывают электрическую энергию пе­
ременного трехфазного тока напряжением 230 и 400.В промыш­
ленной частоты 50 Гц. В этом случае всех потребителей электро­
энергии подключают непосредственно к шинам генератора на­
пряжения. Это гарантирует высокую стабильность качества на­
пряжения, отклонения которого от номинального для генераторов
дизельных станций с машинными возбудителями и угольными ре­
гуляторами типа РУН не превышают +3...5 % при изменении на­
грузки от 0 до 100 %, для самовозбуждающихся синхронных гене­
раторов при отсутствии коррекции напряжения на генераторе
±3...5%, а при наличии коррекции напряжения ±1...2%. Откло­
нение напряжения синхронных генераторов, питающих силовую,
осветительную и бытовую нагрузки, должно быть в пределах
+5...—5 % номинального.
Дизельные агрегаты станций должны допускать 100%-ную пе­
регрузку в течение 1 ч. Наибольшее отклонение частоты враще-
ния при включении и отключении номинальной нагрузки со ­
ставляет 6 %.
На передвижных электростанциях имеется ряд устройств для
их транспортировки: тормоз аварийного наката и стоянки, защел­
ка буксирного крюка, задний фонарь, стоп-сигнал, привод управ­
ления передвижных колес и др. Перед транспортировкой пере­
движных дизельных электрических станций (ДЭС) должны быть
проверены надежная работа этих устройств, а также прочность
крепления агрегатов и вспомогательного оборудования.
При подготовке к работе передвижной электростанции предва­
рительно выбирают место ее установки, которое должно быть ров­
ным и горизонтальным, не иметь поблизости (4...6 м) зданий и со­
оружений, находиться в центре расположения потребителей элек­
троэнергии. Для создания хороших условий охлаждения генератор
ДЭС устанавливают против направления ветра, при этом дверцы
капота агрегата со стороны генератора должны быть открыты. П ос­
ле установки передвижную электростанцию закрепляют ручным
тормозом, а при работе более 2...3 сут ее рессоры и колеса разгру­
жают домкратами. При подготовке передвижной ДЭС к работе не­
обходимо также установить защитное заземление и присоединить
к нему корпус генератора, разместить и подсоединить осветитель­
ные средства, развернуть кабельную сеть, осмотреть все узлы.
Сдачу-приемку смонтированных ДЭС проводят в соответствии
с требованиями СНиП. При этом необходимо наличие следующей
сдаточной документации: акта о необходимости осмотра (реви­
зии) агрегата с разборкой; протокола осмотра (ревизии) дизель-генератора (если она проводилась); формуляра монтажа генератора
или всего агрегата; акта готовности фундамента для установки дизель-генератора; протокола проверки возможности включения ге­
нератора без сушки.
После предъявления документации заказчик при участии пред­
ставителей монтажной и наладочной организаций проводит комп­
лексное испытание на холостом ходу, оформляет акт сдачи элект­
ростанции в эксплуатацию.
Пуск электроагрегата. Перед пуском электроагрегат тщательно
проверяют и подготавливают к работе. При этом осматривают
двигатель, генератор, вспомогательные агрегаты, панели и щиты,
обнаруженные неисправности устраняют. Сопротивление изоля­
ции схемы агрегата при включенных автоматах должно быть не
менее 0,5 МОм. При меньших значениях сопротивления изоля­
ции все изоляционные детали очищают от пыли и грязи, а при не­
обходимости сушат генератор. Перед пуском также проверяют
степень разряженности аккумуляторных батарей, исправность си­
стемы зажигания. Пуск двигателя стартером запрещен, если акку­
муляторные батареи разряжены более чем на 50 %.
Расходный топливный бак должен быть наполнен, его кран ус­
тановлен в положение «Открыто». Уровень топлива в расходном
баке контролируют по указателю уровня топлива. Необходимо
убедиться в отсутствии воздуха в топливной системе, заправить
расходные и дополнительные масляные баки, а также залить во
внутренний контур системы охлаждения воду, проверить цирку­
ляцию воздуха во внешнем контуре системы охлаждения. Перед
пуском проверяют плотность всех соединений воздухоочистителя
и механизма воздушной заслонки.
Положение выключателей и переключателей на панелях, щи­
тах управления генератора и дизельной автоматики должно соот­
ветствовать инструкции по эксплуатации ДЭС. Автоматический
выключатель генератора в силовой сети перед пуском станции
обязательно отключают, а переключатель цепей управления ставят
в положение «Ручное управление» или «Автоматический пуск».
Ручной пуск и остановку выполняют в соответствии с заводской
инструкцией. После пуска и прогрева двигателя в течение 10 мин
на холостом ходу его частоту вращения постепенно доводят до но­
минальной, затем возбуждают генератор. При помощи шунтового
реостата устанавливают номинальное напряжение генератора (по
вольтметру), включают генератор, который постепенно принимает
нагрузку до 75 % от номинальной. После пуска проверяют работу
систем охлаждения воды и масла, при отсутствии замечаний по ис­
течении 15 мин нагрузку повышают до номинальной.
Для остановки генератора его разгружают, отключив нагрузку.
Затем, постепенно увеличивая сопротивление в цепи возбужде­
ния, вращением рукоятки шунтового реостата против часовой
стрелки понижают напряжение генератора до наименьшего значе­
ния и останавливают его.
Дистанционный автоматический пуск и остановку выполняют
с пульта управления или шкафа управления при помощи кнопок.
Все операции по пуску и остановке электроагрегата осуществляют
в заданной технологической последовательности, предусмотрен­
ной схемой автоматики.
В случае успешного пуска загорается сигнальная лампочка
«Нормальная работа»; если возникает аварийный режим, то сраба­
тывает защита, загорается сигнальное табло «Аварийная работа» и
происходит автоматическая остановка агрегата.
Сигналом для автоматического пуска являются изменения
контрольных параметров резервируемого электроагрегата: недо­
пустимое снижение напряжения, перегрузка и др. Сигналом для
автоматической остановки одного из параллельно работающих
агрегатов служит снижение общей нагрузки на шинах генератор­
ного напряжения до 80 % от номинальной мощности или при
восстановлении напряжения в контролируемой сети. При этом
резервный агрегат отключается. Автоматическая аварийная оста­
новка электроагрегата происходит при возникновении аварий­
ных режимов и срабатывании датчиков аварийной сигнализации
и защиты.
Работа дизельного двигателя. Во время работы необходимо сле­
дить за показаниями приборов контроля (температурой масла и
воды, давлением масла и т. д.), наличием охлаждающей жидкости
в системе, подачей масла к вращающимся частям дизеля и работой
различных датчиков. Необходимо не реже 2 раз в смену проверять
количество масла в масленках, а также в подшипниках с кольце­
вой смазкой. При необходимости следует:
доливать масло;
вовремя пополнять топливные баки горючим; не реже 1 раза в
смену спускать отстоявшиеся воду и грязь из расходных топлив­
ных баков;
обращать внимание на наличие посторонних шумов или стуков
в двигателе;
не реже 1 раза в квартал очищать топливные фильтры, масля­
ные фильтры низкого давления следует очищать в соответствии с
инструкцией завода-изготовителя;
следить за частотой вращения двигателя и при необходимости
регулировать ее (при отсутствии автоматики — систематически).
При эксплуатации генератора необходимо:
следить за показаниями амперметров, вольтметров, ваттметров
(несим метрию нагрузки допускают не более 25 % номинального
тока статора, а перегрузку по току не более 10 % в течение 1 ч);
контролировать температуру активной стали и обмоток генера­
тора, которая не должна превышать температуру окружающей
среды более чем на 65°С;
контролировать температуру подшипников (превышение ее
над температурой окружающей среды допустимо не более чем на
45 °С);
периодически наблюдать за работой щеточного аппарата возбу­
дителя и контактных колец ротора;
равномерно распределять нагрузку (при отсутствии автомати­
ки) между параллельно работающими генераторами;
проверять степень вибрации генераторов;
наблюдать за показаниями приборов контроля изоляции, ава­
рийными и предупредительными сигналами;
принимать меры по устранению ненормальных режимов ра­
боты.
Во время работы ДЭС необходимо осматривать щиты и панели
генератора собственных нужд, аппаратуру возбуждения и силовое
электрооборудование.
Периодическая проверка готовности резервного агрегата к
пуску. Проверку проводят один раз в 2...3 мес. Одновременно
проверяют состояние и работу средств автоматизации. П рофи­
лактический плановый осмотр генератора и возбудителя прово­
дят через 500 ч работы, но не реже одного раза в шесть месяцев.
Во время планового осмотра генератора проверяют состояние
рабочей поверхности коллектора, правильность прилегания ще­
ток к коллектору и их расстановку, степень пригодности масла
к дальнейшей эксплуатации, состояние и надежность контактов
сети.
Через 100...150 ч работы, но не реже одного раза в шесть меся­
цев, после длительных остановок (более 20 дней) проверяют со­
противление изоляции обмоток статора, ротора и возбудителя.
О состоянии подшипников возбудителя и генератора судят по
шуму при работе и по температуре нагрева. Она не должна превы­
шать 80 °С. Для продления срока службы подшипников через каж­
дые 500 ч, но не реже одного раза в шесть месяцев проверяют со­
стояние смазки в них.
Не реже одного раза в шесть месяцев осматривают коммутаци­
онные соединения и аппаратуру внутри распределительного щита
электростанции. При очередном осмотре вытирают пыль, прове­
ряют плотность прилегания контактов и других мест соединений
шин и проводов. При этом по мере необходимости заменяют
плавкие вставки и сигнальные лампы. Все ослабленные контакты
подтягивают, а места контактных соединений со следами подгора­
ния и окисления зачищают, залуживаюг и т. п.
Цепи управления и сигнализации силовых автоматических
выключателей, схемы АВР и синхронизации обязательно прове­
ряют после чистки и ревизии аппаратуры. Работу элементов за­
щиты (тепловых и электромагнитных расцепителей, релейной
токовой защиты) проверяют один раз в год на надежность сраба­
тывания и на соответствие уставок проектным значениям. Авто­
матические выключатели проверяют поэлементно первичным
током, электроизмерительную аппаратуру — не реже одного раза
в два года и, как правило, приурочивают к текущему или капи­
тальному ремонту.
Периодичность, объем и нормы профилактических межремон­
тных испытаний устанавливают с учетом комплексной оценки со­
стояния каждого генератора, особенностей их конструкции при
соблюдении следующих требований:
межремонтные испытания проводят не позднее чем через три
года после капитального ремонта или предыдущих профилакти­
ческих испытаний. Отказ от этих испытаний допускают в том слу­
чае, если периодичность капитальных ремонтов не превышает че­
тырех лет;
в объем межремонтных испытаний входит обязательное испы­
тание изоляции обмотки статора повышенным напряжением с ча­
стотой 50 Гц или выпрямленным напряжением;
снижение испытательного напряжения по сравнению с приме­
ненным при последнем капитальном ремонте допускают не более
чем на 0,2 0Ннапряжения с частотой 50 Гц и не более чем на 0,5 V»
выпрямленного напряжения;
профилактические межремонтные испытания изоляции обмо­
ток проводят в дополнение к испытаниям и измерениям, осуще­
ствляемым при текущем ремонте генератора.
Прежде чем приступить к испытаниям обмоток статора и рото­
ра генератора повышенным напряжением измеряют сопротивле­
ние изоляции. Сопротивление изоляции обмоток статора не нор­
мируют, его сравнивают и сопоставляют с показаниями предыду­
щих измерений. Сопротивление изоляции обмотки ротора должно
быть не ниже 0,5 МОм, цепей возбуждения — 1 МОм, обмоток яко­
ря и его бандажей — 0,5 МОм.
Обмотку статора генератора мощностью до 1000 кВт и напря­
жением до 1000 В испытывают повышенным напряжением пере­
менного тока промышленной частоты, равным 1,6^н + 800 В, но
не менее 1200 В, в течение 1 мин сразу после остановки генерато­
ра. Обмотку ротора при эксплуатации повышенным напряжением
не испытывают.
Во время профилактических испытаний измеряют сопротивле­
ние на постоянном токе обмоток статора, ротора и возбудителя.
Эти измерения позволяют выявить различные повреждения обмо­
ток при капитальных и текущих ремонтах. Если сопротивление
обмотки какой-либо фазы статора отличается от сопротивления
обмоток других фаз (или ранее измеренного) при одинаковых
(или приведенных) температурных условиях более чем на 2 %, то
это будет следствием замыканий или некачественных паек в лобо­
вых частях обмотки. Значение сопротивления на постоянном токе
обмоток ротора и возбуждения не должно отличаться от ранее из­
меренного более чем на 2 %.
Кроме описанных, проводят следующие проверки и профи­
лактические испытания генераторов: испытание обмоток и ак­
тивной стали на нагрев; определение реактивных сопротивле­
ний; испытание электрической прочности контактных колец, ав­
томата гашения поля; измерение остаточного напряжения гене­
ратора после его отключения; обнаружение витковых замыканий
в обмотке ротора; выявление допустимых несимметричных ре­
жимов.
Текущие и капитальные планово-предупредительные ремон­
ты резервных электростанций выполняют со следующей перио­
дичностью: текущие ремонты для передвижных электростан­
ций, работающих на открытом воздухе, каждые шесть месяцев,
для стационарных — ежегодно, капитальный ремонт для пере­
движных ДЭС — не реже одного раза в четыре года, стационар­
ных Д ЭС — по мере необходимости, но не реже одного раза в
пять лет.
В таблице 10.2 показаны основные причины неисправностей
генераторов и способы их устранения.
10.2. Основные причины неисправностей генераторов и способы их устранения
Неисправность
Основная причина
Способ устранения
Отсутствие
возбуждения
генератора на холостом
ходу. Генератор дает на­
пряжение только при силь­
ном нажатии на щетки
Загрязнен
коллектор.
Недостаточный контакт
(или его полное отсут­
ствие) щеток с коллек­
тором. Вибрация щеток
Зачистить коллектор стек­
лянной шкуркой. Вытереть
насухо ветошью. Отрегули­
ровать
щеткодержатель,
усилить нажатие щеток
Возбудитель генератора не
возбуждается или дает на­
пряжение, но ток в цепи
генератора отсутствует
Обрыв в цепи возбужде­
ния или в цепи якоря
возбудителя. Отметка на
траверсе щеток не со­
впадает с отметкой на
корпусе (неправильное
положение
щеток).
Щетки подгорели или
изношены
Отыскать при помощи
лампы или омметра обрыв
(плохой контакт) и устра­
нить повреждение. Очис­
тить контактные кольца и
обтереть ветошью. Заме­
нить щетки
При загрузке генератора
напряжение сильно сни­
жается или оно мало. При
помощи реостата удается
поддержать
напряжение
на требуемом уровне
Малая частота враще­
ния первичного двига­
теля
Устранить неисправность
первичного двигателя. До­
вести его частоту враще­
ния до нормы
Скольжение приводных
ремней возбудителя
Отрегулировать натяже­
ние приводных ремней,
смещая нажимной ролик
Перегрев
генератора, Генератор работает при
повышенном напряже­
индуктора и возбудителя
нии, что приводит к
увеличению тока и пе­
регреву возбудителя
Снизить напряжение ге­
нератора до номинального
Генератор работает с
низким
коэффициен­
том мощности
Повысить коэффициент
мощности, снизив индук­
тивную нагрузку
Перегрузка генератора
Снизить нагрузку генера­
тора до номинальной
Короткое
замыкание
обмоток статора
Обнаружить место корот­
кого замыкания и устра­
нить неисправность
двигатель
Перегрев корпуса генера­ Первичный
работает на понижен­
тора
ной частоте вращения
Увеличить частоту враще­
ния первичного двигателя
до номинальной
Генератор гудит, и из него Замыкание витков меж­
ду фазами или на кор­
идет дым
пус генератора
Устранить замыкание. За­
менить неисправную ка­
тушку обмотки
Перегрев обмоток статора
Перегреваются
подшип­ Недостаточно смазки в Добавить или заменить
подшипниках. Непра­ смазку подшипников. Вы­
ники генератора
вильно сцентрированы верить центровку валов
валы генератора и пер­ двигателя и генератора
вичного двигателя
Неисправность
Основная причина
Способ устранения
Неправильная
коммута­
ция. Чрезмерное искрение
щеток возбудителя
Щетки слабо прижаты к Отрегулировать нажатие
коллектору,
изоляция щеток. Установить сво­
коллектора
выступает бодное их перемещение в
над пластинами. Замк­ щеткодержателях. Проло­
нуты гребешки коллек­ жить изоляцию на глуби*
торных пластин. Неоди­ ну до 0,8... 1 мм. Осмот­
наковое
расстояние реть коллектор и устра­
неисправность.
между щетками в раз­ нить
личных щеткодержате­ Уравнять расстояние меж­
ду щетками
лях
Неисправна защитная ап­
паратура генератора. Уста­
новочный
автомат
не
включается или отключа­
ется не сразу
Неисправен
механизм
свободного
расцепле­
ния автомата
Не изменяя регулировки,
обнаружить
неисправ­
ность и устранить ее. При
поломке механизма заме­
нить автомат
Автомат генератора не
срабатывает при длитель­
ной перегрузке
Неисправен
элемент
тепловой или комбини­
рованной защиты
Сменить автоматический
выключатель
Автомат генератора не от­
ключается вручную
Главные контакты авто­
мата приварились один
к другому
Остановить
двигатель
станции. Разъединить и
зачистить контакты, при
сильном
повреждении
контактов заменить авто­
мат
10.6. ХРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Повышение эксплуатационной надежности электродвигателей
зависит от условий и способов их хранения. При длительном хра­
нении изоляция обмоток электродвигателей увлажняется, что
приводит к выходу ее из строя. Хранение электродвигателей на
открытом воздухе приводит их также к выходу из строя. Отказы
(пробой изоляции) электродвигателей наступают в период изме­
рения сопротивления изоляции обмоток при помощи мегаоммет­
ра напряжением 500 В.
Поэтому электродвигатели необходимо хранить на специально
оборудованных складах ремонтно-технической базы электротех­
нической службы или на пунктах электриков. При отсутствии та­
ких помещений их нужно хранить на технологических складах
(например, зерноскладах) или в крайнем случае под навесами. На
складах электротехнической службы хранят не только электродви­
гатели, но и любое другое электрооборудование (запасные части и
материалы). Эти помещения должны соответствовать техничес­
ким условиям на складские помещения. Их площади, зависящие
от габаритных размеров электрооборудования, определяют из рас­
чета 0,01...0,03 м2 на одну ремонтную единицу.
Помещения должны быть сухими, светлыми, чистыми, по воз­
можности с постоянной температурой, достаточно изолированны­
ми от производственных участков, от пыли и грязи, оборудованы
необходимым складским инвентарем.
Контрольные вопросы н задания
1. На что обращают внимание при приемке электроприводов в эксплуатацию?
2. Как определить потери напряжения при пуске асинхронного электродвигателя?
3. Какими способами можно снизить пусковые токи асинхронных электродвига­
телей? 4. В чем заключается техническое обслуживание и текущий ремонт элект­
родвигателей? 5. Опишите способы повышения эксплуатационной надежности
электроприводов. 6. Расскажите об особенностях эксплуатации погружных элект­
родвигателей, а также резервных и передвижных электростанций. 7. В чем заклю­
чается хранение электродвигателей?
Г л а в а 11
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ И ЭЛЕКТРОПРОВОДОК
11.1. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
В эксплуатацию электронагревательные установки (ЭНУ) при­
нимает рабочая комиссия, в состав которой входят представители
Энергонадзора, Госпожнадзора, «Агропромэнерго», электротех­
нической службы хозяйства, строительно-монтажных и других
организаций. Комиссия проверяет:
техническую документацию (утвержденный проект, паспорт
ЭНУ, акты измерения сопротивления изоляции, сопротивления
заземляющих устройств и электрического потенциала на поверх­
ности ЭНУ);
соответствие выполненных работ требованиям проекта и нор­
мативам по электро- и пожаробезопасности;
работоспособность ЭНУ, соответствие потребляемой мощнос­
ти и температуры нагрева паспортным данным.
Результаты работы комиссия оформляет актом.
Производственная эксплуатация ЭНУ направлена на повышение
технологической и энергетической эффективности. С этой целью
ЭТС корректируют комплектование ЭНУ, подбирают такие режи­
мы работы, при которых удовлетворяются агрозоотехнические
требования температуры нагрева и требования энергосистемы в
отношении использования вне пиковой нагрузки.
Рациональное комплектование ЭНУ позволяет в полной мере
реализовать потенциальные возможности электронагрева. Благо­
даря безграничной делимости и простоте передачи электрической
энергии ЭНУ можно располагать непосредственно в зоне обогре-
ваемого объекта, они могут поддерживать оптимальные темпера­
туры и создавать любые сочетания теплоотдающих потоков (кон­
векции, излучения, теплопроводности). Поэтому для сельскохо­
зяйственных объектов с небольшой плотностью тепловых нагру­
зок (ферм, небольших животноводческих комплексов) применяют
децентрализованные схемы электротеплоснабжения. Они требуют
не только меньших капиталовложений, но и экономят электро­
энергию. Центральные электрокотельные оправданы лишь на
крупных животноводческих комплексах. В системах обеспечения
микроклимата животноводческих помещений более эффективны
средства местного электрообогрева, чем установки общего воз­
душного отопления. Например, замена электрокалориферных ус­
тановок на электрообогреваемые полы в свинарнике-маточнике
позволяет в 2...3 раза снизить энергозатраты на создание требуе­
мого микроклимата.
Правильный выбор режима работы ЭН У обеспечивает не только
соблюдение технологических требований к нагреву, но и вырав­
нивание графика нагрузки за счет отключения ЭНУ в периоды ут­
реннего и вечернего максимумов. С этой целью в схему (конст­
рукцию) ЭНУ вводят аккумуляторы теплоты, которые выполняют
в виде теплоизолированных водяных баков или твердых сердечни­
ков из кирпича, бетона и других материалов. Необходимый объем
теплоаккумулирующего материала зависит от графика теплопотребления, теплоемкости, наибольшей температуры нагрева (заря­
да) и наименьшей температуры охлаждения (разряда) материала, а
также продолжительности отключения ЭНУ. Наиболее экономич­
ны ЭНУ с твердыми теплоаккумулируюшими материалами, от­
ключаемые лишь в утренние и вечерние часы пиковых нагрузок.
Чтобы обеспечить заданный режим включения — отключения и
требуемые параметры теплоносителя, теплоаккумулирующие
ЭНУ должны иметь автоматическое регулирование по теплоотда­
че и по графику нагрузок энергосистемы.
Эксплуатация энергосберегающих систем энерготеплоснабжения
позволяет снизить установленную мощность ЭНУ и расход элект­
роэнергии. Для этого применяют теплообменные системы венти­
ляции, используют теплоту земли или солнца и другие нетрадици­
онные источники энергии. В простейших теплообменных систе­
мах загрязненный теплый воздух перед удалением из помещения
пропускают через теплообменник, в котором он отдает значитель­
ную долю своей теплоты приточному холодному воздуху. Рецир­
куляция 30 % отработанного воздуха снижает на 20...30 % расход
энергии на отопление и вентиляцию.
Техническая эксплуатация ЭНУ направлена на поддержание их
высокой надежности за счет своевременного и качественного про­
ведения технического обслуживания и текущего ремонта.
Техническое обслуживание проводят в плановом порядке один
раз в два месяца на месте размещения ЭНУ, без демонтажа и раз­
борки и без нарушения хода технологических процессов. Типовой
состав работ, обидой для всех видов ЭНУ, содержит следующие
операции: очистку снаружи от пыли и грязи; проверку и при необ­
ходимости закрепление контактных соединений; проверку ис­
правности заземления; включение ЭНУ в работу и проверку соот­
ветствия ее параметров заданным.
Текущий ремонт выполняют ежегодно, без демонтажа установ­
ки, но с частичной разборкой. Ремонт элементов нагревательного
блока и настройку аппаратуры автоматики целесообразно выпол­
нять в мастерской. Для всех установок общими будут следующие
операции: очистка от пыли и загрязнения; разборка и обеспечение
доступа к основным узлам и деталям; устранение неисправностей;
проверка работоспособности схемы управления; измерение со­
противления изоляции нагревательных элементов и переходного
сопротивления заземления; включение ЭНУ в работу и проверка
соответствия его параметров требуемым значениям во всех режи­
мах работы. По отдельным видам ЭНУ выполняют дополнитель­
ные работы, перечень которых приведен в приложении 1.
11.2. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОННО-ИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Электронно-ионная технология включает в себя такие процес­
сы, в которых в качестве рабочего органа непосредственно ис­
пользуют электрическое, магнитное или электромагнитное поле.
Такие технологические процессы получили широкое распрост­
ранение. При помощи электрического поля очищают, сортируют
и обеззараживают семена, осуществляют аэроионизацию живот­
новодческих помещений, проводят электроискровую обработку
металлов и растений. Магнитное поле используют для обработки
воды и других материалов. Электромагнитные воздействия позво­
ляют вести эффективную борьбу с сорняками на полях, с вредной
микрофлорой в животноводческих и складских помещениях, а
также получать ряд других положительных эффектов.
Электроустановки электронно-ионной технологии имеют раз­
нообразные конструкции и схемы. В них применяют традицион­
ное электрооборудование и специальные генерирующие устрой­
ства, высоковольтные преобразователи системы электродов и т. п.
Это специальное электрооборудование определяет особенности
эксплуатации электротехнологических установок.
При производственной эксплуатации поддерживают требуемые
характеристики электромагнитного воздействия: напряженность
электрического поля, частоту колебаний, продолжительность экс­
позиции и т. п. Кроме того, контролируют качество обрабатывае­
мых материалов (влажность, наличие посторонних предметов и
т. п.), а также заданные режимы работы.
При технической эксплуатации обеспечивают безопасность и вы­
сокую надежность установок электронно-ионной технологии. Как
правило, такие установки потребляют небольшую мощность, но на­
пряжение на их рабочих элементах может достигать 50 кВ и выше.
При техническом обслуживании систематически контролируют
правильность собранных схем, проверяют исправность защит и
блокировок от случайного прикосновения к электрическим це­
пям, проверяют состояние заземления и работоспособность всей
установки.
Текущий ремонт проводят ежегодно перед периодом наиболь­
шего использования электроустановки. В объем работ входят
следующие операции: разборка установки; проверка состояния
корпуса и механической части установки; выправка вмятин и
при необходимости окраска поверхностей; проверка состояния
высоковольтных изоляторов и электродной системы; устранение
неисправностей или замена поврежденных деталей; контрольные
испытания генератора, трансформатора, выпрямителя и т. п.; по­
вышение параметров блока питания до нормативных значений;
проверка сопротивления изоляции; включение установки и про­
верка ее работоспособности.
11.3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СВАРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Электросварочные работы внутри зданий проводят в вентили­
руемых помещениях, специально выделенных для этой цели. Сва­
рочные агрегаты постоянного тока размещают по возможности в
обособленных помещениях на расстоянии от места сварки не бо­
лее 40 м.
В процессе электросварки руки, лицо и другие части тела свар­
щика или находящихся вблизи людей могут соприкоснуться с то­
коведущим электродом, его держателем и сварочным шлангом,
поэтому в правилах технической эксплуатации и безопасности об­
служивания установлены предельные напряжения холостого хода
сварочных агрегатов. Д ля г е н е р а т о р о в п о с т о я н н о г о
т о к а напряжение холостого хода не должно превышать 80 В,
причем для генераторов с номинальным сварочным током выше
350 А допускается увеличение напряжения холостого хода до 90 В.
Д ля с в а р о ч н ы х т р а н с ф о р м а т о р о в с номинальным сва­
рочным током 350 А и выше напряжение холостого хода не долж­
но превышать 70 В.
По правилам допускается применять трансформаторы с вто­
ричным напряжением холостого хода 70... 100 В при условии, если
сварочная установка снабжена устройством, обеспечивающим ее
автоматическое отключение при обрыве дуги с выдержкой време­
ни не более 0,5 с. По правилам также требуется, чтобы такое уст­
ройство было при дуговой сварке (ручной и автоматической) в
особо опасных условиях — внутри резервуаров, котлов и других
закрытых металлических конструкциях.
При автоматической сварке в целях безопасности эксплуатаци­
онного персонала допускается п и т а н и е двигателя с в а р о ч ­
ной г о л о в к и только через разделительный трансформатор с
вторичным напряжением не более 70 В. При этом вторичную об­
мотку разделительного трансформатора соединяют в звезду, а сред­
нюю (нулевую) точку заземляют наглухо.
Для обеспечения безопасности работающих в цехе людей по
правилам требуются определенные минимальные расстояния', меж­
ду однопостовыми сварочными агрегатами, между сварочными
трансформаторными пунктами и для прохода не менее 0,8 м; меж­
ду стационарными и многопостовыми сварочными агрегатами для
прохода не менее 1,5 м; между автоматическими сварочными уста­
новками не менее 2 м. Проходы с каждой стороны установки при
автоматической сварке должны быть не менее 1,2 м.
Запрещено использовать в качестве обратного провода сеть за­
земления, газовые, водопроводные трубы, металлические конст­
рукции здания и технологического оборудования. Сварку ведут,
применяя два провода; при этом в качестве обратного провода ис­
пользуют стальные шины любого профиля и достаточного сече­
ния, сварочные плиты, стеллажи и свариваемую деталь.
Корпус сварочного агрегата, а также зажим вторичной обмотки
сварочного трансформатора, к которому присоединяется обратный
провод от свариваемой детали, обязательно заземляют. Сварочный
агрегат и его аппаратуру чистят ежедневно после окончания рабо­
ты; текущий ремонт сварочного оборудования делают не реже од­
ного раза в шесть месяцев, а капитальный — один раз в год.
Особые меры предосторожности принимают при сварке внутри
котлов и резервуаров; сварщик должен бьггь в диэлектрических
перчатках, галошах, подстилать резиновый коврик и надевать ре­
зиновый шлем. Переносные лампы используют на напряжение не
выше 12 В.
Не реже одного раза в три месяца проверяют сопротивление
изоляции сварочного оборудования; оно должно быть не ниже
0,5 МОм. Агрегаты автоматической сварки под слоем флюса ежеме­
сячно испытывают повышенным напряжением 2 кВ в течение 5 мин.
У м а ш и н к о н т а к т н о й с в а р к и напряжение в свароч­
ной цепи не должно превышать 36 В. Машины контактной точеч­
ной сварки для серийной работы имеют автоматическую дозиров­
ку времени протекания тока в зависимости от вида металла и его
толщины.
Чистят машину и зачищают контакты аппаратуры (контакто­
ров, прерывателей и др.) не реже одного раза в смену. Сопротив­
ление контактов вторичного контура должно быть не более 2 МОм;
допустимо повышение этой величины на 20 % в течение месячно­
го срока эксплуатации.
Обслуживают сварочные машины электромонтеры, сварщики
и электрослесари, имеющие квалификационную группу по техни­
ке безопасности: при напряжении сети до 1000 В — не ниже II, в
установках с напряжением сети выше 1ООО В — не ниже IV.
Техническое обслуживание сварочных трансформаторов вы­
полняют не реже 1 раза в три месяца, а ТР не реже 1 раза в год,
если сварочный трансформатор используется в мастерских.
11.4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИЛОВЫХ И ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕКТРОПРОВОДОК
Электропроводкой называют совокупность проводов и кабелей
с относящимися к ним креплениями, поддерживающими и за­
щитными конструкциями.
Электропроводки обеспечивают питание электрооборудова­
ния, поэтому их эксплуатация — важная часть эксплуатации всех
без исключения электроустановок. Эксплуатация электропрово­
док заключается в систематическом проведении организационных
и технических мероприятий по техническому обслуживанию и те­
кущему ремонту.
Техническое обслуживание электропроводок. При техническом
обслуживании электропроводок выполняют следующие операции:
осмотр и очистку электропроводки, проверку заземления, провер­
ку состояния изоляции проводов и кабелей, проверку крепления и
проверку натяжения.
В процессе осмотра и очистки электропроводки можно обнару­
жить обрывы, увеличенный провес проводов или троса, подтеки
мастики на кабельных воронках и др. При очистке волосяной
щеткой удаляют пыль и грязь с провода и кабеля, а также с наруж­
ных поверхностей труб с электропроводкой и ответвительных ко­
робок. В сырых и особо сырых помещениях при очистке применя­
ют обтирочный материал.
При проверке заземления осматривают заземляющие проводни­
ки и их соединения с несущим тросом или струной, металличес­
кими коробками, лотками, коробами, металлическими оболочка­
ми кабелей, трубами, а также проверяют наличие соединения за­
земляющего проводника с контуром заземления или заземляющей
конструкцией. Разъемные соединения разбирают, зачищают до
металлического блеска, собирают и затягивают. Поврежденные
неразъемные соединения приваривают или припаивают.
Проверку состояния изоляции выполняют мегаомметром на 1000 В.
При этом измеряют сопротивление изоляции между токоведущи­
ми проводниками, проводниками и заземленными элементами
конструкций электропроводки. Сопротивление изоляции при
температуре 293К (20 °С) должно быть не менее 0,5 МОм. При со­
противлении изоляции менее 0,5 МОм участка проводки с низ­
ким сопротивлением подлежат замене. Осматривают изоляцию
проводов и кабелей. Поврежденные участки изоляции проводов
изолируют хлопчатобумажной изоляционной лентой, а в сырых и
особо сырых помещениях в качестве изоляции применяют поли­
винилхлоридную липкую ленту ПВХ.
При проверке крепления осматривают изоляторы и ролики. Име­
ющие трещины и надколотые изоляторы и ролики заменяют. Сла­
бо установленные изоляторы и ролики закрепляют. Осматривают
анкерные устройства концевого крепления тросовой проводки к
строительным элементам здания, натяжные устройства и трос.
Участки, покрытые коррозией, зачищают и покрывают эмалью.
Допускается защищенные поверхности смазывать техническим
вазелином. Натяжные устройства с сорванной резьбой заменяют.
Проверяют надежность крепления труб с электропроводкой, лот­
ков, коробов, а также приспособлений, защищающих кабели от
механических повреждений, ослабленные крепления подтягива­
ют, а при необходимости заменяют.
Для проверки электрических соединений открывают крышки от-1ветвительных коробок. При наличии внутри коробки, на контак­
тах и проводах влаги или пыли проверяют состояние уплотнений
крышки коробки и на вводах в коробку. Уплотнения, потерявшие
упругость и не обеспечивающие герметичность коробок, заменя­
ют. Осматривают клеммы и подсоединенные к ним провода. Со­
единения, имеющие следы окисления или оплавления, разбира­
ют, зачищают, смазывают техническим вазелином и собирают.
Винты и гайки с сорванной резьбой заменяют. Осматривают со­
единения, выполненные методом скрутки, сварки, пайки, опрес­
совки. В соединениях, имеющих обгорелый или поврежденный
слой изоляции, снимают изоляцию, устраняют причину наруше­
ния контакта (зачищают и пропаивают, опрессовывают и т. д.) и
вновь изолируют изоляционной лентой. В сырых и особо сырых
помещениях изолировку соединений проводят покрытием полихлорвиниловым лаком с последующей намоткой трех-четырех
слоев полихлорвиниловой липкой изоляционной ленты.
Если осмотром обнаруживают ослабленные (с большим прове­
сом) участки проводки, то выполняют проверку натяжения. При
необходимости участки с большим провесом перетягивают. Натя­
жение стальных тросов проводят до минимально возможной стре­
лы провеса. При этом усилие натяжения не должно превышать
75 % разрывного усилия, допускаемого для данного сечения троса.
Текущий ремонт электропроводок. При текущем ремонте элект­
ропроводок выполняют операции, определяемые их повреждени­
ями. Данные о повреждениях электропроводки, устраняемых при
текущем ремонте, приведены в приложении 1. Электропроводка
или ее участки, имеющие повреждения, которые нельзя устранить
при техническом обслуживании, подлежат замене. Провода и ка­
бели, выбранные для замены вышедшей из строя элекгропровод-
ки, должны соответствовать условиям окружающей среды и на­
значению. При этом также должны учитываться требования элек­
тробезопасности и пожарной безопасности.
Замена проводов. Участок проводки с растрескавшейся оплав­
ленной изоляцией проводов или с оголенной токоведущей жилой
отсоединяют в ответвительных коробках, распределительных и ос­
ветительных щитах. Провод освобождают от крепления и удаляют,
а для замены выбирают провод той же марки, что и поврежден­
ный. Подготовленный провод выпрямляют. Способ крепления
провода выбирают в зависимости от марки применяемого провода
и способа крепления заменяемого провода. Вновь проложенный
провод подключают к местам, где производилось отсоединение
поврежденного провода.
Замена роликов. Ролики с трещинами и сколами заменяют в
следующей последовательности. Вначале освобождают проводку
от крепления на ролике. Отвинчивают винт крепления ролика,
ролик удаляют, на его место устанавливают новый и закрепляют
винтом. На вновь установленном ролике закрепляют провод. Если
крепление роликов ослаблено, то его закрепляют различными ре­
комендуемыми способами.
Ремонт тросовых и струнных проводок заключается в следую­
щем. Поверхность троса и разгрузочных оттяжек, имеющих кор­
розию, очищают от коррозии наждачной шкуркой и протирают
ветошью, затем покрывают лаком ПХВ. Концевые крепления за­
чищают от коррозии стальной щеткой, протирают ветошью, смо­
ченной в бензине, и покрывают лаком ПХВ.
Замена троса. Замену троса (струны) проводят в следующей
последовательности. В зависимости от нагрузки на трос выбирают
его диаметр. Допускается применять стальной канат из оцинко­
ванных проволок или стальную оцинкованную проволоку диамет­
ром 6...8 мм. Допускаемая нагрузка на трос определяется материа­
лом, из которого он изготовлен, и приводится в справочниках.
Выбранные трос или проволоку растягивают на полу помещения и
отрезают необходимую длину. На концах троса загибают петли и
закрепляют их с помощью специальных зажимов. При изготовле­
нии петель на проволоке пользуются стальной обоймой, которую
предварительно надевают на проволоку. Обойма представляет со­
бой стальную трубку длиной 50 мм с толщиной стенки 2 мм. При
отсутствии стальных обойм петлю можно сварить или выполнить
закручиванием свободного конца проволоки.
От поврежденного троса отсоединяют заземление, проводят
необходимые отсоединения от сети, трос с проводкой снимают с
анкерных устройств и опускают на пол помещения, рядом с под­
готовленным тросом. Провода и ответеительные коробки снима­
ют с крепления поврежденного троса и прикрепляют к новому
тросу. Одновременно проводят ревизию электрических соедине­
ний в ответвительных коробках.
Подъем к анкерным устройствам и натяжение тросовой про­
водки проводят с помощью полиспаста или лебедки. Трос закреп­
ляют на анкерных устройствах и к нему подключают заземление.
Заземление выполняют на обоих концах троса. Проводку, соблю­
дая фазировку, подсоединяют к сети.
Проводку и ответвительные коробки освобождают от крепле­
ния на поврежденном тросе. Перенос проводки начинают со сто­
роны закрепленного конца троса. По завершении операций пере­
носа проводки закрепляют второй конец троса на анкерном уст­
ройстве и натяжной муфтой проводят подтяжку. Поврежденный
трос снимают, освободив от крепления.
Замена натяжных болтов и муфт. Для замены натяжных болтов
и муфт, имеющих срыв резьбы более двух ниток, тросовую про­
водку закрепляют с помощью полиспаста к конструкции здания.
Полиспастом создают натяжение троса проводки, освобождая при
этом натяжное устройство от нагрузки. Дефектные натяжные бол­
ты и муфты снимают и на их место устанавливают новые.
Замена тросовой проводки. Проводку с оборванными или оплав­
ленными жилами заменяют в следующей последовательности. По­
врежденную проводку освобождают от крепления к тросу и удаля­
ют. Заготовляют новые провода, по длине равные заменяемой
проводке, оставляя запас на подключение. Затем провода крепят к
тросу. Крепление проводят клицами либо на металлических под­
весках с фарфоровыми роликами или изоляторами, либо бандажа­
ми из перфорированной поливинилхлоридной ленты. Расстояние
между точками крепления для незащищенных изолированных
проводов с площадью сечения до 6 мм2должно быть не более: при
подвеске на клицах или роликах — 1,5 м, при креплении бандажа­
ми — 0,5 м, при использовании защищенных проводов во всех
случаях — 0,5 м.
Замена ответвительных коробок. В коробке, имеющей трещины
и сколы на корпусе, отсоединяют провода, маркируя их. Коробку
освобождают от крепления, удаляют, а на ее месте закрепляют но­
вую. Подводят провода в коробку и соединяют в соответствии с
маркировкой. Мегаомметром проверяют сопротивление изоля­
ции, после чего коробку закрывают.
Ремонт проводок, проложенных в стальных трубах. При обрыве
токоведущих жил проводки или пробое изоляции проводов на
корпус проводку удаляют из труб. При необходимости трубу до­
полнительно закрепляют, затем ее очищают от ржавчины и грязи
снаружи (при открытой прокладке) и внутри. Провод, предназна­
ченный для прокладки в трубе, отмеряют, отрезают и выпрямля­
ют. Заправлять провод в трубу необходимо со стороны наиболее
длинного прямолинейного участка, для этого провод (или не­
сколько проводников) закрепляют к концу стальной проволоки,
выходящей из трубы. Протяжку провода в трубу проводят два
электромонтера. Для облегчения протяжки провод припудривают
тальком. При больших усилиях протяжки применяют лебедки или
полиспасты.•
-ч ; •4; •ШV. •*
Для соединения электропроводки, проложенной в трубе, с кор­
пусом электрооборудования применяют гибкие вводы. При отсут­
ствии стандартных гибких вводов применяют резиновые, поли­
этиленовые или поливинилхлоридные трубки. Трубку надевают
на выходящие из трубы концы электропроводки так, чтобы она
входила внутрь трубы на глубину не менее 100... 120 мм. Для защи­
ты от механических повреждений выходящих из трубы проводов
используют отрезок металлорукава, один конец которого при­
крепляют к трубе с помощью муфты, а на другой — надевают муф­
ту для подсоединения к токоприемнику. С помощью гибкого мед­
ного проводника оба конца трубы соединяют с контуром заземле­
ния. Провода оконцовывают наконечниками и подсоединяют к
токоприемнику.
Замена трубы. При глубоких вмятинах, сплющиваниях и тре­
щинах на трубе вся проводка подлежит демонтажу и замене. Тру­
бы можно заготовлять в мастерской или на монтажном участке
по предварительным замерам. Трубу для проводки выбирают,
пользуясь данными, приведенными в приложении 3. Предназна­
ченную для прокладки трубу очищают снаружи и изнутри от гря­
зи и ржавчины, затем размечают места изгибов. Изгибают трубу с
помощью трубогиба. При этом необходимо придерживаться нор­
мализованных углов 90, 105, 120, 135 и 150°. Стыковку труб про­
водят муфтами с последующим уплотнением места соединения.
Допускается соединение труб с использованием гильзы из листо­
вой стали или отрезка трубы большого диаметра. При открытой
прокладке проводки трубы окрашивают снаружи и внутри, при
прокладке под заливку бетоном трубу окрашивают только внут­
ри. Для закрепления трубы на стене проводят долбежные и вмазочные работы.
Крепление трубы. Трубные проводки с нарушенными креплени­
ями закрепляют. Способ крепления обычно выбирают в зависи­
мости от прежнего способа крепления.
Зачистка поверхности наконечников. При подгорании и оплав­
лении контактных поверхностей наконечников соединение разби­
рают. Поверхности наконечников зачищают напильником до
блеска, смазывают техническим вазелином и собирают.
Зачистка и окраска. Следы коррозии на поверхности трубы
удаляют стальной щеткой или наждачной шкуркой. Затем поверх­
ность протирают ветошью, смоченной в бензине, и покрывают
эмалью.
Ремонт кабельных проводок. Ремонт изоляции кабеля. Для выяв­
ления повреждений изоляцию кабеля испытывают мегаомметром
на 2500 В. После нахождения места повреждения приступают к
ремонту. Ремонт изоляции выполняют без разрезания жил кабеля,
если кабель ослаблен. Кабель подтягивают, разрезают оболочку,
разводят жилы и на поврежденные места изоляции подматывают
изоляционную ленту. При разрезании кабеля токоведущие жилы
соединяют одним из способов: опрессовкой, сваркой или пайкой,
затем изолируют. Места соединений герметизируют.
Ремонт соединений проводов и кабелей. Соединение проводов и
кабелей проводят опрессовкой, сваркой, пайкой или посредством
болтовых соединений. Шнуры и многопроволочные провода с
медными жилами сечением до 2,5 мм2 соединяют следующим об­
разом: с концов снимают изоляцию на длине 20...40 мм, затем
жилы облуживают припоем, укладывают параллельно и каждую
жилу скручивают. Место скрутки проводов пропаивают припоем с
применением канифоли. Более надежное соединение проводов —
соединение методом сварки. Сварку медных жил небольших сече­
ний выполняют с помощью трансформатора с вторичным напря­
жением 6л.12 В.
В настоящее время распространено соединение и оконцевание
как медных, так и алюминиевых проводов методом опрессования.
Опрессованием получают надежные контактные соединения при
соблюдении следующих условий: размеры и конструкции нако­
нечников, а также соединительных гильз должны соответствовать
диаметру и материалу провода; типоразмер опрессовочного инст­
румента должен соответствовать диаметру опрессовываемых нако­
нечников и гильз; перед опрессовкой поверхность проводов и
внутренняя поверхность гильз и наконечников должны быть зачи­
щены и смазаны кварцевазелиновой или цинковазелиновой пас­
той. Для соединения методом опрессования применяют выпускае­
мые промышленностью пресс-клещи.
В сырых и особо сырых помещениях для соединения провод­
ников рекомендуется применять сварку. Допускается непосред­
ственное присоединение алюминиевых проводников к машинам и
аппаратам при наличии у них зажимов, предназначенных для при­
соединения. Места соединений проводников изолируют липкими
полихлорвиниловыми лентами или лакотканью с последующим
наложением на нее прорезиненной липкой ленты. Затем все со­
единения покрывают изоляционным лаком или эмалью.
Проверка и испытание проводки. По завершении ремонтных ра­
бот проводят проверку и испытание проводки. Проверяют надеж­
ность крепления деталей электропроводки к строительным частям
здания; надежность соединения труб (трубной проводки) между
собой, а также присоединение их к коробкам; наличие на концах
труб из полированных втулок и оконцевателей; правильность при­
соединения проводов к токоприемникам, надежность выполнения
соединений и оконцеваний; наличие цепи заземления; измеряют
сопротивление изоляции цепей.
Сопротивление изоляции силовых и осветительных электропро­
водок измеряют мегаомметром на напряжение 1000 В. Сопротивле­
ние изоляции должно быть не менее 0,5 МОм. При сопротивлении
изоляции ниже нормы необходимо провести испытание электри­
ческой прочности изоляции. Для этого используют источник тока
частотой 50 Гц при напряжении 1000 В. Допускается для испыта­
ния электрической прочности применять мегаомметр на напряже­
ние 2500 В. При измерении сопротивления изоляции электропро­
водок все токоприемники, за исключением штепсельных розеток,
выключателей и групповых щитков, должны быть отключены,
лампы в осветительных сетях — вывернуты.
11.5. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
КУЛЬТУРНО-БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Культурно-бытовой сектор сельскохозяйственных предприя­
тий имеет высокий уровень электрификации. Электрические при­
боры и установки используют для освещения, приготовления
пищи, обогрева помещений и т. п. Ими оборудованы столовые,
детские сады и ясли, клубы, конторы, магазины, больницы, по­
чтовые отделения и ряд других объектов. В номенклатуру электро­
оборудования входят следующие установки и приборы: установки
наружного освещения; электронагревательные приборы; вводные
распределительные устройства и распределительные щитки; осве­
тительные установки; электропроводки.
Техническое обслуживание электрооборудования культурно-бы­
тового назначения проводят на месте их установки 1 раз в
З...6мес. Типовой объем работ для электроводонагревателей и
осветительных установок рассмотрен в предыдущих разделах;
для электроплит при ТО измеряют сопротивление изоляции
между токоведущими клеммами штепсельной вилки и корпусом
плиты, измеряют электрический потенциал между корпусом
плиты и близлежащим элементом заземленного сантехнического
оборудования, проверяют работу регуляторов мощности конфо­
рок; очищают от пыли и грязи вводные распределительные уст­
ройства, проверяют исправность заземления, укрепляют ослаб­
ленные контактные соединения, при необходимости заменяют
изоляцию.
Текущий ремонт выполняют 1 раз в год на месте установки
электрооборудования или в мастерской электротехнической служ­
бы хозяйства. Типовой объем работ имеет следующие, общие для
всех видов электрооборудования, операции: очистка наружных
поверхностей; частичная разборка; устранение неисправностей;
сборка и проверка работоспособности электрооборудования.
Ремонт электроприборов и электрооборудования домашнего
обихода (электроплиток, чайников, утюгов, вентиляторов, пыле­
сосов, холодильников, стиральных машин, теле- и радиоаппарату­
ры и т.п.) осуществляют предприятия службы быта по заявкам
населения.
В чем заключается эксплуатация электронагревательных установок? 2. Каковы
особенности эксплуатации электрооборудования электронно-ионной техноло­
гии. 3. Опишите методику проведения технического обслуживания электропро­
водки. 4. Как выполняют осмотр и очистку электропроводки? 5. Как проверяют
заземление и состояние изоляции? 6. Как проверяют электрические соединения
электропроводки? 7. Перечислите возможные повреждения электропроводки.
8. Как заменяют проводку? 9. Как заменяют ролики? 10. Как ремонтируют тросо­
вые и струнные проводки? 11. Как ремонтируют проводку, проложенную в сталь­
ных трубах? 12. Как ремонтируют кабельные проводки? 13. Как проверяют и ис­
пытывают электропроводку? 14. Расскажите об особенностях эксплуатации элект­
рооборудования культурно-бытового назначения.
Г л а в а 12
ЭКСПЛУАТАЦИЯ АППАРАТУРЫ ЗАЩИТЫ, УПРАВЛЕНИЯ
И УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ
12.1. НОРМЫ ПРИЕМОСДАТОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Электрооборудование до 500 В, вновь вводимое в эксплуата­
цию в энергосистемах и у потребителей, должно быть подвергну­
то приемосдаточным испытаниям в соответствии с требованиями
гл. 1.8 ПУЭ. При проведении приемосдаточных испытаний элект­
рооборудования, не охваченного настоящими нормами, следует
руководствоваться инструкциями заводов-изготовителей. Устрой­
ства защиты и автоматики электропривода и других электроуста­
новок потребителей проверяют по инструкциям заинтересован­
ных министерств и ведомств Российской Федерации. При этом
типовые инструкции должны быть согласованы с Главгосэнерго­
надзором России. Помимо испытаний, предусмотренных настоя­
щей главой, все электрооборудование должно пройти проверку
работы механической части в соответствии с заводскими и мон­
тажными инструкциями. Заключение о пригодности оборудова­
ния к эксплуатации дают на основании рассмотрения результатов
всех испытаний, относящихся к данной единице оборудования.
Все измерения, испытания и опробования в соответствии с дей­
ствующими директивными документами, инструкциями заводовизготовителей и настоящими нормами, проведенные монтажным
персоналом в процессе монтажа, а также наладочным персоналом
непосредственно перед вводом электрооборудования в эксплуата­
цию, должны быть оформлены соответствующими актами и про­
токолами.
Электрические аппараты и вторичные цепи схем защит, управ­
ления, сигнализации и измерения испытывают в объеме, предус­
мотренном п. 1.8.34 ПУЭ.
В первую очередь измеряют сопротивление изоляции, оно
должно быть не менее значений, приведенных в таблице 12.1.
После этого проводят испытание повышенным напряжением
промышленной частоты. Нормированное испытательное напря­
жение 1 кВ используют для вторичных цепей схем защиты, управ­
ления, сигнализации и измерения со всеми присоединительными
аппаратами (для автоматических выключателей, магнитных пус­
кателей, контакторов, реле, приборов и т. п.). Продолжительность
приложения нормированного испытательного напряжения со­
ставляет 1 мин.
12.1. Наименьшее допустимое сопротивление изоляции аппаратов
вторичных цепей и электропроводки до 1 кВ
Испытуемый объект
Сопротив­
Напряжение
ление
мегаомметра, изоляции,
В
МОм
Примечание
Вторичные цепи управ­
ления, защиты, измере­
ния, сигнализации и т. п.
в электроустановках на­
пряжением выше 1 кВ:
шинки оперативного 500... 1000
тока и шинки цепей
напряжения на щите
управления
10
Испытания проводят при отсое
диненных цепях
каждое присоединение 500...1000
вторичных цепей и це­
пей питания приводов
выключателей и разъе­
динителей
1
Испытания проводят со всеми
присоединенными
аппаратами
(обмотками приводов, контакто­
рами, реле, приборами, вторич­
ными обмотками трансформато­
ров тока и напряжения и т. п.)
Вторичные цепи управ- 500... 1000
ления, защиты, сигнали­
зации в релейно-контак­
торных схемах установок
напряжением до 1 кВ
0,5
Испытания проводят со всеми
присоединенными
аппаратами
(магнитными пускателями, кон­
такторами, реле, приборами и т. п.)
Цепи бесконтактных схем
системы регулирования и
управления, а также при­
соединенные к ним эле­
менты
По данным завода - Нет
изготовителя
Цепи управления, защи- 500... 1000
ты и возбуждения машин
постоянного тока напря­
жением до 1,1 кВ, присо­
единенных к цепям глав­
ного тока
1
Нет
Испытуемый объект
Сопротив­
Напряжение
ление
мегаомметра,
изоляции,
В
МОм
Примечание
Силовые и осветитель- 1000
ные электропроводки
0,5
Испытания в осветительных про­
водках проводят до вворачивания
ламп с присоединением нулевого
провода к корпусу светильника.
Изоляцию измеряют между про­
водами и относительно земли
Распределительные уст- 500-1000
ройства, щиты и токопроводы
напряжением
до 1 кВ
0,5
Испытания проводят для каждой
секции распределительного уст­
ройства
Проверяют действие максимальных, минимальных или незави­
симых расцепителей у автоматических выключателей с номиналь­
ным током 200 А и более. Пределы действия расцепителей долж­
ны соответствовать заводским данным.
Проверяют работу автоматических выключателей и контакто­
ров при пониженном и номинальном напряжениях оперативного
тока. Рекомендуемые для испытаний значения напряжения и ко­
личество операций при испытании автоматических выключателей
и контакторов многократными включениями и отключениями
приведены в таблице 12.2.
12.2. Испытание контакторов и автоматических выключателей
многократными включениями и отключениями
Операция
Включение
Включение и отключение
Отключение
Напряжение оперативного
тока, % номинального
90
100
80
Количество операций
5
5
10
Проверка релейной аппаратуры. Проверяют реле защиты, уп­
равления, автоматики и сигнализации и другие устройства в соот­
ветствии с действующими инструкциями. Пределы срабатывания
реле на рабочих уставках должны соответствовать расчетным дан­
ным.
Проверяют правильность функционирования полностью со­
бранных схем при различных значениях оперативного тока. Все
элементы схем должны надежно функционировать в предусмот­
ренной проектом последовательности при значениях оперативно­
го тока, приведенных в таблице 12.3.
ГТлТТТГПТП
Испытуемый обьею*
Схемы зашиты и сигнализации
в установках напряжением
выше 1 кВ
Схемы управления в установках
напряжением выше 1 кВ:
испытание на включение
то же, но на отключение
Напряжение
оперативного тока,
% номинального
80. 100
90, 100
80, 100
Релейно-контакторные схемы
в установках напряжением
о 1 кВ
Бесконтактные схемы на
логических элементах
Примечание
магнитный пускатель провер­
ку работы на пониженном на­
пряжении не проводят
85, 100, 110
Напряжение измеряют на вхо­
де в блок питания
12.2.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЭЛЕКТРОННЫХ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ
Эксплуатация электронных и микропроцессорных систем зак­
лючается в своевременном и качественном проведении техничес­
кого обслуживания электрооборудования, содержащего электрон­
ные компоненты. Во время проведения ТО проверяют правиль­
ность регулировок, состояние элементов, очищают устройство от
пыли и грязи, если есть необходимость, то проводят регулировку.
При эксплуатации электронных и микропроцессорных систем,
состоящих из отдельных блоков, проверяют работу блоков в режи­
ме наладки. Если выясняется, что проверяемый блок неисправен,
его заменяют на исправный, а неисправный отправляют в сервис­
ный центр для выяснения возможности его дальнейшего исполь­
зования, где определяют целесообразность его ремонта. Определе­
ние неисправности и замену блока выполняет электромонтер по
обслуживанию и ремонту электрооборудования в сельскохозяй­
ственном производстве, хорош о знающий правила работы с элект­
ронными схемами и имеющий квалификацию не ниже V разряда.
Если в конструкцию электрооборудования входят отдельные
электронные компоненты, то для выявления неисправности посту­
пают следующим образом. Убеждаются, что в электронную часть
электроустановки поступает питание и отклонение напряжения в
сети находится в допустимых пределах. Если ощущается запах из
кожуха, то прибор включать нельзя. Необходимо проверить предох­
ранитель, защищающий электронную часть электроустановки.
Если он перегорел, его заменяют. Следует помнить, что предохра-
нитель рассчитан на ток, указанный в паспорте установки.
Н е л ь з я и с п о л ь з о в а т ь н е к а л и б р о в а н н ы е вставки.
После замены предохранителя электроустановку включают. При
повторном перегорании предохранителя электроустановку вклю­
чать нельзя. Нельзя включать, если при покачивании блока про­
слушивается звук, говорящий о наличии внутри кожуха посторон­
них предметов или незакрепленной детали. Если после включения
из кожуха показался дымок, немедленно выключают питание.
Также поступают при наличии сильного треска, гула, щелчков.
Если принимают решение о ремонте электронной части, то
следующий этап работы заключается в выявлении неисправного
элемента. Для этого используют принципиальную схему элект­
ронного блока. При этом необходимо знать принцип его работы, а
также работу и назначение каждого элемента в схеме. Неисправ­
ность любого элемента имеет свои, характерные только для него,
внешние проявления. Знание этих черт позволяет точно опреде­
лить неисправный элемент и быстро устранить неисправность.
Если в ы не представляете в полном объеме, как работает схема
электронного блока, или если неизвестны внешние проявления
неисправностей отдельных элементов, то вам лучше не браться
за его ремонт, так как при нарушении правил работы с электрон­
ными элементами схемы вы рискуете вывести установку из строя
полностью.
Техническое обслуживание и ремонт микропроцессорных сис­
тем поручают т о л ь к о с п е ц и а л и с т а м сервисных центров по
обслуживанию и ремонту этих систем.
12.3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ,
ЗАЩИТЫ И УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ
Техническое обслуживание средств и систем управления, защи­
ты и автоматики включает в себя повседневное обслуживание, про­
филактические осмотры, проверку контрольно-измерительных
приборов и аппаратуры, ремонт и наладку. При этом необходимо
иметь в виду, что наряду с профилактическим обслуживанием, ре­
монтом и наладкой контрольно-измерительные приборы требуют
проверки как после ремонта, так и в установленные сроки.
Испытание, наладка и обслуживание магнитных пускателей,
контакторов постоянного и переменного тока, реле имеют много
общего. Эти аппараты прежде всего осматривают, проверяют их со­
ответствие проекту, состояние главных и блокировочных контак­
тов и пружин, подшипников и гибких соединений, деталей магнит­
ной системы, дугогасительных камер, крепежных болтов, гаек,
шайб. Сопротивление изоляции катушек и контактов не нормиру­
ют, но оно должно быть не ниже 1 МОм. Электрическую проч­
ность аппаратов испытывают синусоидальным напряжением 1 кВ
с
И спытуемый объект
Схемы зашиты и сигнализации
в установках напряжением
выше 1 кВ
Схемы управления в установках
напряжением выше 1 кВ:
испытание на включение
то же, но на отключение
Напряжение
оперативного тока,
% номинального
Примечание
80. 100
90, 100
80, 100
Релейно-контакторные схемы
в установках напряжением
до 1 кВ
Бесконтактные схемы на
логических элементах
гштп
магнитный пускатель провер­
ку работы на пониженном на­
пряжении не проводят
85, 100, 110
Напряжение измеряют на вхо­
де в блок питания
12.2.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЭЛЕКТРОННЫХ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ
Эксплуатация электронных и микропроцессорных систем зак­
лючается в своевременном и качественном проведении техничес­
кого обслуживания электрооборудования, содержащего электрон­
ные компоненты. Во время проведения ТО проверяют правиль­
ность регулировок, состояние элементов, очищают устройство от
пыли и грязи, если есть необходимость, то проводят регулировку.
При эксплуатации электронных и микропроцессорных систем,
состоящих из отдельных блоков, проверяют работу блоков в режи­
ме наладки. Если выясняется, что проверяемый блок неисправен,
его заменяют на исправный, а неисправный отправляют в сервис­
ный центр для выяснения возможности его дальнейшего исполь­
зования, где определяют целесообразность его ремонта. Определе­
ние неисправности и замену блока выполняет электромонтер по
обслуживанию и ремонту электрооборудования в сельскохозяй­
ственном производстве, хорошо знающий правила работы с элект­
ронными схемами и имеющий квалификацию не ниже V разряда.
Если в конструкцию электрооборудования входят отдельные
электронные компоненты, то для выявления неисправности посту­
пают следующим образом. Убеждаются, что в электронную часть
электроустановки поступает питание и отклонение напряжения в
сети находится в допустимых пределах. Если ощущается запах из
кожуха, то прибор включать нельзя. Необходимо проверить предох­
ранитель, защищающий электронную часть электроустановки.
Если он перегорел, его заменяют. Следует помнить, что предохра-
нитель рассчитан на ток, указанный в паспорте установки.
Н е л ь з я и с п о л ь з о в а т ь н е к а л и б р о в а н н ы е вставки.
После замены предохранителя электроустановку включают. При
повторном перегорании предохранителя электроустановку вклю­
чать нельзя. Нельзя включать, если при покачивании блока про­
слушивается звук, говорящий о наличии внутри кожуха посторон­
них предметов или незакрепленной детали. Если после включения
из кожуха показался дымок, немедленно выключают питание.
Также поступают при наличии сильного треска, гула, щелчков.
Если принимают решение о ремонте электронной части, то
следующий этап работы заключается в выявлении неисправного
элемента. Для этого используют принципиальную схему элект­
ронного блока. При этом необходимо знать принцип его работы, а
также работу и назначение каждого элемента в схеме. Неисправ­
ность любого элемента имеет свои, характерные только для него,
внешние проявления. Знание этих черт позволяет точно опреде­
лить неисправный элемент и быстро устранить неисправность.
Если в ы не представляете в полном объеме, как работает схема
электронного блока, или если неизвестны внешние проявления
неисправностей отдельных элементов, то вам лучше не браться
за его ремонт, так как при нарушении правил работы с электрон­
ными элементами схемы вы рискуете вывести установку из строя
полностью.
Техническое обслуживание и ремонт микропроцессорных сис­
тем поручают т о л ь к о с п е ц и а л и с т а м сервисных центров по
обслуживанию и ремонту этих систем.
12.3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ,
ЗАЩИТЫ И УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ
Техническое обслуживание средств и систем управления, защи­
ты и автоматики включает в себя повседневное обслуживание, про­
филактические осмотры, проверку контрольно-измерительных
приборов и аппаратуры, ремонт и наладку. При этом необходимо
иметь в виду, что наряду с профилактическим обслуживанием, ре­
монтом и наладкой контрольно-измерительные приборы требуют
проверки как после ремонта, так и в установленные сроки.
Испытание, наладка и обслуживание магнитных пускателей,
контакторов постоянного и переменного тока, реле имеют много
общего. Эти аппараты прежде всего осматривают, проверяют их со­
ответствие проекту, состояние главных и блокировочных контак­
тов и пружин, подшипников и гибких соединений, деталей магнит­
ной системы, дугогасительных камер, крепежных болтов, гаек,
шайб. Сопротивление изоляции катушек и контактов не нормиру­
ют, но оно должно быть не ниже 1 МОм. Электрическую проч­
ность аппаратов испытывают синусоидальным напряжением 1 кВ
в течение 1 мин. В процессе испытаний измеряют сопротивление
катушек постоянному току. Катушку считают пригодной, если ее
сопротивление отличается от номинального не более чем на
10...15 %. Аппараты подвергают механической регулировке, кото­
рая заключается в проверке нажатий контактов, их растворов и
провалов, в затяжке болтов, гаек и винтов. Поврежденные детали
заменяют новыми.
Техническое обслуживание различных устройств неодинаково
по объему. Обслуживание простейшего элемента, например дио­
да, различных схем начинают с проверки, которую осуществляют
перед монтажом и после ремонта при наладке, поскольку в каж­
дой партии даже новых диодов могут оказаться дефектные, с пе­
регоревшими р—п переходами, внутренними обрывами, коротким
замыканием, непостоянным (плывущим) обратным сопротивле­
нием.
Техническое обслуживание диодов заключается в их периодичес­
кой проверке при помощи омметра или других приборов с оми­
ческой шкалой класса точности не ниже 1,5. При проверке дио­
дов измеряют прямое и обратное сопротивления. У плоских дио­
дов значение прямого сопротивления составляет 20...50 Ом. Од­
нако необходимо учесть, что из-за нелинейности вольт-амперной
характеристики диодов результаты измерения зависят от способа
измерения.
Диоды, применяемые в цепях переменного тока 220 В и выше,
дополнительно испытывают на пробой в запирающем слое наи­
большим нормируемым техническими условиями обратным на­
пряжением при рекомендуемой нагрузке. Иногда для повышения
допустимого обратного напряжения диоды соединяют последова­
тельно. При этом каждый диод обязательно шунтируют сопротив­
лением 100 кОм на каждые 100 В напряжения, чтобы напряжение
на диодах было примерно одинаковое. Такое шунтирование необ­
ходимо из-за больших разбросов обратных сопротивлений. На­
дежность работы диода можно значительно повысить, шунтируя
его демпфирующим резистором мощностью 2 Вт и сопротивлением
10...30 кОм. Этот резистор будет сглаживать большие броски тока,
возникающие в момент включения и отключения аппаратуры.
Техническое обслуживание терморезисторов заключается в пери­
одическом их осмотре, очистке от грязи и различных корковых
образований, проверке соединительных проводов и защитных
оболочек. Основной вид ремонта полупроводниковых приборов в
обьгчном исполнении — замена вышедшего из строя чувствитель­
ного элемента новым, а при необходимости — восстановление
герметичности защитных оболочек, устранение неисправностей
клеммной головки и зажимов.
Перед проверкой терморезисторов измеряют сопротивление изо­
ляции относительно корпуса мегаомметром на напряжение 500 В.
Сопротивление изоляции должно быть не менее 20 МОм. При по­
мощи моста измеряют сопротивление чувствительных элементов
и сравнивают с нормируемыми значениями.
Техническое обслуживание термопар заключается в периодичес­
кой проверке соответствия градуировочной характеристики испы­
туемой термопары стандартной (эталонной).
Техническое обслуживание логометра заключается в периоди­
ческом осмотре, очистке от пыли, проверке надежности крепле­
ния соединительных проводов и проверке его показаний при под­
ключении на контрольный терморезистор. Сопротивление изоля­
ции логометра при 20 °С и 80 % относительной влажности воздуха
должно быть не ниже 40 МОм.
Техническое обслуживание мостовых схем измерения различных
параметров (например, температуры) заключается в периодичес­
ком осмотре приборов, очистке от пыли наружных поверхностей,
смазке подвижных узлов и деталей, регулировке чувствительности
электронного усилителя, чистке реохорды, заправке самопишу­
щих приборов диаграммной бумагой.
Как видно, несмотря на большое разнообразие систем управле­
ния, защиты и автоматики, описанные наиболее распространен­
ные приемы и методы их профилактического обслуживания, ре­
монта и наладки во многом сходны.
12.4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ
В устройствах автоматики сельскохозяйственных электропри­
водов широко применяют различные полупроводниковые устрой­
ства, требующие наладки в процессе эксплуатации. При наладке
полупроводниковых устройств необходимо осмотреть детали,
проверить, соответствуют ли смонтированная схема и установлен­
ные детали принципиальной и монтажной схемам, проверить
цепи и сопротивления изоляции схемы и отдельных деталей; про­
верить полупроводниковые элементы, опробовать схемы под на­
пряжением, установить номинальные режимы, снять основные
параметры и характеристики и проанализировать их с тем, чтобы
окончательно выбрать уставки регулируемых сопротивлений и на­
строить режим для получения желаемых параметров и характерис­
тик; опробовать полупроводниковое устройство в комплексе с на­
лаживаемой установкой, проверить стабильность параметров полу­
проводникового устройства (дальше просто устройства) в процессе
опытной эксплуатации.
Внешний осмотр позволяет обнаружить и зафиксировать види­
мые повреждения (трещины, изломы и др.) деталей и ненадежные
соединения проводов и деталей (плохая пайка и крепления).
Проверка соответствия смонтированной схемы принципиаль­
ной и монтажной схемам позволяет установить, правильно ли раз­
мещены детали на шасси, надежно ли заземлены экраны узлов и
броня проводов. Проверяя монтаж по схеме, обводят цветным ка­
рандашом каждую проверенную деталь и каждый проверенный
участок схемы. Цепи схемы проверяют при помощи универсаль­
ных приборов, имеющих соответствующие характеристики. Дан­
ные замеров по схеме вносят в специальную карту, составленную
по принципиальной схеме.
Проверка транзисторов. Перед наладкой полупроводникового
устройства необходимо проверить транзисторы:
при неизвестной цоколевке определить принадлежность вы­
водов;
проверить исправность транзисторов: целы ли эмитгерный и
коллекторный переходы, нет ли замыканий;
отобрать транзисторы по коэффициенту усиления.
Определение принадлежности выводов транзистора. Чтобы опре­
делить принадлежность выводов транзистора, нужно измерить со­
противления между выводами электродов (базы Б, эмиттера Э,
коллектора К). Для германиевых транзисторов это выполняют
следующим образом. Используя шкалу «й х 100» омметра, соеди­
нительные провода прибора присоединяют поочередно к каждой
паре выводов транзистора. Так как полярность напряжения между
электродами транзистора может меняться, то очевидно, что таких
пар будет шесть: Э+—Б_; Э+—К_; Б+—К_; Э_—Б+; Э_—К+; Б_—К+
(нижние индексы «+» и «—» указывают на подключение к выводу
электрода транзистора «+» или «—» омметра). При каждом при­
соединении прибора замечают отклонение его стрелки и ищут
такие две пары, которые дают либо минимальное (примерно
200...300 или 10000...20000 Ом), либо максимальное {примерно
100...500 кОм) сопротивление. Вывод электрода, являющийся об­
щим, то есть участвующий дважды в получении, например, наи­
меньшего сопротивления (если испытывается транзистор струк­
туры р —п—р, то минимальное сопротивление дают пары Э+—Б_
и К+—Б_), и есть вывод базы.
Для определения выводов эмиттера и коллектора присоединя­
ют омметр к двум оставшимся выводам транзистора и фиксируют
значение сопротивления. Затем меняют местами соединительные
провода омметра и вновь фиксируют его показания. Если после­
днее окажется больше предыдущего, то выводом эмиттера является
вывод, присоединенный при втором измерении к отрицательному
зажиму омметра. Если же второе показание окажется меньше пер­
вого, то выводом эмиттера является вывод, присоединенный при
втором измерении к положительному зажиму омметра.
Описанный метод определения выводов транзисторов структу­
ры р—п—р может быть использован и при определении выводов
транзисторов структуры п—р—п. В этом случае следует полярность
зажимов омметра изменить на обратную.
Проверка исправности транзисторов. Исправность транзисто­
ра проверяют при помощи омметра (тестера). При этом один за­
жим омметра присоединяют к базе транзистора, а другой — по­
очередно к эмиттеру и коллектору. Если к базе подключен отри­
цательный (общий) зажим омметра (при измерении сопротивле­
ний на общий зажим омметра подан положительный потенциал
источника ЭДС, поэтому общий полюс омметра дает плюс), то у
исправного транзистора оба измеренных значения обратного со­
противления должны быть не менее 0,1.„5 МОм. Если хотя бы
одно из замеренных сопротивлений будет значительно меньше
нижней границы указанного диапазона, это говорит о неисправ­
ности транзистора (пробит соответствующий переход). Прямые
сопротивления замеряют при подключении к базе транзистора по­
ложительного зажима омметра (с отрицательным потенциалом
источника ЭДС), а другого зажима — поочередно к эмиттеру и
коллектору. Прямые сопротивления должны быть порядка еди­
ниц или десятков Ом (меньшее значение сопротивления соответ­
ствует эмиттерному переходу). Если же сопротивление хотя бы
одного из переходов значительно превышает верхний указанный
предел, то транзистор неисправен — нарушен контакт между по­
лупроводником и металлическим электродом.
Сопротивление между эмиттером и коллектором у исправного
транзистора должно находиться в интервале от 10 кОм до 1 МОм,
если отрицательный зажим омметра присоединен к эмиттеру, а
положительный — к коллектору. При изменении полярности на
обратную омметр должен показать сопротивление в несколько раз
большее. При этом слишком малое сопротивление обычно указы­
вает на замыкание переходов, а чрезмерно большое — на наруше­
ние контакта.
Наладка транзисторных усилителей. В процессе наладки транзи­
сторных усилителей необходимо проверить правильность схемы и
монтажа собранного устройства, режим работы транзисторов и
настроить элементы устройства. Наладку усилителей целесообраз­
но проводить в такой последовательности:
подробно ознакомиться со схемой, уяснив работу всех элемен­
тов и узлов устройства;
тщательно проверить цепи устройства по принципиальной схеме;
проверить режим питания всех транзисторов после подключе­
ния источника тока;
проверить взаимодействие элементов схемы, настроить покаскадно усилители и согласовать входные и выходные параметры
системы автоматического управления конкретным объектом;
проверить отработку всех заданных режимов работы системы
автоматического управления;
проанализировать влияние основных параметров устройства на
оптимальность режимов работы системы автоматического управ­
ления;
установить значения параметров устройства, обеспечивающих оп­
тимальные режимы работы системы автоматического управления;
снять статическую характеристику устройства — зависимость
са нагрузки от входного напряжения.
Осмотр и проверка монтажа. Предварительную проверку транпроверки
монтажа
ные цепи транзисторов) целесообразно проверить при помощи
омметра. Отсутствие показания омметра говорит о наличии обрыва цепи.
Проверка цепи питания. После проверки монтажа устройство
включают
включения
силового трансформатора на данное напряжение сети. Если
после включения устройства не обнаружились явные дефекты
(к.з. в обмотках трансформатора, быстрый и значительный пере­
грев его и др.), но устройство работает неустойчиво, с периодисигнала
могут оыть плохие контакты, ьсли устройство вообще не работа­
ет, причиной может быть неисправность в цепи питания, напри­
мер неисправность выпрямителя. Сначала проверяют цепь питакаскады
входу.
режима работы транзисторов. После наладки
питания устройства следует проверить и отрегулировать режим
работы транзисторов, так как параметры транзисторов, применяе­
мых в схеме устройства, имеют большой разброс.
Для определения режима работы транзисторов измеряют токи
и напряжения в цепях их электродов. Подбором правильного ре­
жима работы транзистора (в зависимости от его назначения) доби­
ваются получения наибольшего коэффициента усиления. Желае­
мый режим работы транзистора устанавливают путем регулировки
сопротивлений, включенных в цепи его электродов (обычно на
схемах указывают значения параметров элементов, соответствую­
щие режиму, в котором должны работать транзисторы). Если не­
обходимо, то режим работы транзисторов может быть установлен
ориентировочно на основании типовых режимов по справочным
данным. При установке режимов работы транзисторов измерения
проводят при помощи тестера по шкале «тА» и лампового вольт­
метра.
Проверяя режим транзисторов, сначала измеряют токи смеще­
ния в базовых цепях, так как от правильного выбора этих токов в
значительной степени зависит нормальная работа транзисторов, и
далее устанавливают нормальные их значения. Затем измеряют
токи и напряжения в выходных коллекторных цепях. Напряжение
на коллекторах подгонять не надо, так как эти напряжения зави­
сят от нагрузки в коллекторной цепи. О правильной работе уст­
ройства после его наладки можно судить по значению выходного
сигнала при подаче сигнала на его вход.
....................... I
к*
1
]
12.5. ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ
АППАРАТУРЫ ЗАЩИТЫ, УПРАВЛЕНИЯ И АВТОМАТИКИ
Наиболее тяжелые условия работы аппаратуры — в живот­
новодстве, на обычных фермах, где очень большая влажность
и агрессивность среды, где электрооборудование работает в
кратковременном режиме. Аппаратура выходит из строя из-за
сильной коррозии черных и цветных металлов (неподвижные и
подвижные контакты, сердечники, кожухи) и разрушения изоля­
ции. Из выпускаемой аппаратуры защиты и управления магнит­
ные пускатели получили наибольшее применение в сельском хо­
зяйстве.
Анализ состояния 100 магнитных пускателей, проработавших
только один сезон в животноводческом помещении, показал, что
значительная коррозия, препятствующая дальнейшей их эксплуа­
тации, наблюдалась в следующем числе элементов пускателей:
защитных кожухах — 66 шт., конструктивных^деталях (стойки, оси,
пружины и другие) — 63; крепежных болтах — 42; контактных бол­
тах — 31; токоведущих частях (контакты, щиты, панели) — 10 шт. и
в магнитолроводе.
Основные меры по повышению эксплуатационной надежности ап­
паратуры в сельском хозяйстве (за исключением планового техни­
ческого обслуживания).
Вынос аппаратуры за пределы животноводческих ферм в специ­
альные помещения. Такое размещение аппаратуры требует увеличе­
ния числа проводов и усложняет управление приводами.
Создание микроклимата в шкафах управления. Для постоянного
поддержания температуры несколько выше температуры окружа­
ющей среды в шкафу управления достаточно небольшой конт­
рольной лампы, сигнализирующей о наличии напряжения в пита­
ющей сети. При наличии такого положительного термоградиента
(достаточно иметь перепад температур всего около 10 °С) ни влага,
ни агрессивные агенты среды не попадают в аппаратуру управле­
ния и она хорошо сохраняется. Лампа, неправильно выбранная по
мощности, перегревает воздух внутри шкафа.
Создание герметизированных шкафов управления. Промышлен­
ность уже выпускает такие шкафы для сельского хозяйства, но
пока очень мало. Кроме того, стоимость таких шкафов дороже
обычного исполнения.
Применение летучих ингибиторов для защиты аппаратуры от
коррозии и замедления процесса старения изоляции. Этот способ
чрезвычайно прост и может быть использован в любой агрохими­
ческой лаборатории хозяйства. Сущность предлагаемого способа
заключается в том, что, находясь в определенном объеме, летучий
ингибитор, испаряясь, адсорбируется на поверхностях, с которы­
ми он соприкасается, и создает на них самосорбционную (защит­
ную) пленку.
Важно получить универсальный ингибитор, который защищал
бы как черные, так и цветные металлы, а также был бы пассивен к
изоляции аппаратов. В результате проведенных исследований ока­
залось, что им может быть хроматный ингибитор, 1 л которого
приготовляют следующим образом: 100 г бензотриазола растворя­
ют в 250 мл ацетона и добавляют 10 мл дистиллированной воды,
взвешивают 100 г хромата аммония и небольшими порциями, пе­
ремешивая, растворяют в 440 мл 4%-ного или 6%-ного раствора
гидрата окиси метилтриэтиламмония.
При отсутствии гидрата окиси метилтриэтиламмония его мож­
но заменить любым другим четвертичным аммониевым основани­
ем. Полученный раствор сливают с ранее приготовленным раство­
ром бензотриазола и хорошо перемешивают. В полученную смесь
добавляют 10 г аммониевой соли синтетических жирных кислот,
снова перемешивают смеси до образования пены и сливают в ем­
кость с плотно закрывающейся крышкой.
Вместо хроматного ингибитора можно применять ингибитор
на основе диэтиланилина, 1 л которого приготовляют следующим
образом: 100 г бензотриазола растворяют в 250 г ацетона, взвеши­
вают Юг п-нитрофенола и смешивают с ранее полученным ра­
створом, в который затем вливают 10 мл диэтиланилина, добавля­
ют 630 мл дистиллированной воды, тщательно перемешивают и
заливают в емкость с притертой пробкой.
Затем приготовляют защитный элемент. Для этого при помощи
ватного тампона или губки 250...300 мл ингибитора наносят на
картон марки ЭМ площадью 1 м2, после чего его сушат в течение
5...6 ч при комнатной температуре. Вырезают кусок картона раз­
мером, соответствующим крышке аппарата, и накладывают на ее
внутреннюю сторону. Аппарат с защитным элементом до установ­
ки на рабочее место в течение суток выдерживают в помещении
при температуре не ниже 15 °С и относительной влажности не
выше 70 %. Готовый защитный элемент до использования его в
аппарате должен храниться обернутым в полиэтиленовую пленку
или целлофановую бумагу не более трех месяцев. При работе с
ингибитором нужно соблюдать технику безопасности, т. е. рабо­
тать в резиновых перчатках, а при попадании раствора ингибито­
ра на открытые части тела немедленно смыть его теплой водой с
мылом.
При применении описанного ингибитора срок службы аппара­
тов в тяжелых условиях животноводческих ферм повышается в
3...4 раза, при этом отсутствует коррозия на элементах аппарата.
За счет образования защитной пленки ингибитора на поверхности
изоляционных конструкций на них замедляется образование мик­
ротрещин, что в какой-то степени стабилизирует сопротивление
изоляции. Стоимость ингибитора очень небольшая и он удобен
для применения как при ремонте аппаратуры, так и при ее эксп­
луатации. Периодически защитный элемент можно заменять но­
вым, что продлевает срок службы защищаемой ингибитором ап­
паратуры.
Полезно применять ингибиторы при окраске оборудования,
работающего в агрессивной среде животноводческих ферм. Для
этой цели используют ингибитор, состоящий из бензоната аммо­
ния, уротропина и основной углемедной соли в равных отноше­
ниях. Смесь компонентов тщательно растирают в фарфоровой
ступке до пылевидного состояния, после чего ингибитор готов к
употреблению. Продолжительность хранения ингибитора не огра­
ничена, если он находится в плотно закрывающейся посуде. Пе­
ред окраской поверхности в краску вносят ингибитора 1...3 % об­
щей массы. Для окраски также рекомендуют применять перхлор­
виниловые эмали.
Контрольные вопросы ■задачи
1. Какой документ регламентирует нормы приемосдаточных испытаний?
2. Какие нормы приемосдаточных испытаний существуют? 3. В чем заключаются
испытания и наладка аппаратуры управления, защиты и устройств автоматики?
4. Как осуществляют проверку полупроводниковых элементов, используемых в
системах автоматики и защиты? 5. Расскажите об эксплуатации полупроводнико­
вых устройств. 6. Как можно повысить эксплуатационную надежность аппаратуры
защиты и управления?
Г л а в а 13
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ
И ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
13.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВУ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ
И ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
В парке электрооборудования, используемом в сельском хозяй­
стве, осветительные и облучательные установки самые многочис­
ленные, хотя они потребляют около 10 % всей затрачиваемой в от­
расли электроэнергии. Электрическое освещение наряду с други­
ми устройствами создает комфортные условия для работающих и
положительно влияет на производительность труда, позволяет
поддерживать рациональные режимы протекания ряда технологи­
ческих процессов и способствует увеличению выпуска продукции.
Эксплуатация осветительных и облучательных установок зак­
лючается в систематическом проведении следующих организаци­
онных и технических мероприятий по соблюдению режимов осве­
щения и облучения по снижению энергозатрат и улучшению их
технико-экономических показателей.
Своевременная замена устаревших светильников и ламп. На мно­
гих сельскохозяйственных объектах еще используют электроосве­
тительные установки, выполненные по устаревшим проектам. Эк-
сплуатационный персонал должен систематически внедрять про­
грессивные источники света и схемы управления ими, т. е. кор­
ректировать комплектование электроосветительных установок.
Замена ламп накаливания на люминесцентные и газоразрядные,
имеющие при одинаковой мощности в 5...6 раз больший световой
поток, позволяет повысить освещенность рабочих мест и сэконо­
мить значительное количество электроэнергии. Например, в ад­
министративном здании, где освещение используют 2700 ч в год,
при замене одной лампы накаливания мощностью 300 Вт на одну
ртутную лампу 100 Вт экономят 486 кВт • ч в год. При этом уро­
вень освещения остается неизменным, а срок службы лампы воз­
растает в 4...5 раз. Следует также иметь в виду, что в процессе экс­
плуатации световой поток к концу срока службы снижается у ламп
накаливания на 15%, люминесцентных — на 45 %, ламп типа
ДРЛ — на 30 %. Несвоевременная замена ламп может вызвать по­
требность в установке новых светоточек и увеличении потребляе­
мой мощности.
Автоматизация работы осветительных установок. При автомати­
зации получают экономию электроэнергии, увеличение срока
службы ламп, оптимальный режим освещения и др. Для автомати­
зации управления наружным освещением используют фотореле
различных типов. Эти аппараты можно применять для внутренних
установок, обеспечивающих непрерывное освещение помещения
в ночной период, а также для управления дежурным освещением.
При помощи программных реле времени обеспечивают рацио­
нальные циклы включения-отключения основного и дежурного
освещения, согласованные с технологическими процессами на
объекте. Для централизованного управления освещением в поме­
щениях животноводческих ферм и комплексов разработаны схемы
импульсного телеуправления по проводам низковольтных воз­
душных линий.
Поддержание номинального напряжения в осветительных сетях.
Электрические лампы, особенно лампы накаливания, очень чув­
ствительны к колебаниям напряжения. При понижении напряже­
ния светоотдача резко снижается (пропорционально напряжению
в 3-й и 6-й степени), а при повышении — катастрофически падает
срок службы лампы (обратно пропорционально напряжению в 14-й
степени). Если напряжение выше номинального на 10 %, то вмес­
то 1500 ч лампа служит 300 ч, если 15 %, то не более 90 ч, т. е. всего
одну неделю. Чтобы устранить перенапряжение в осветительных
сетях, своевременно регулируют напряжение силовых трансфор­
маторов и применяют различные ограничители напряжения: авто­
трансформаторные, тиристорные или резисторные. Они могут ра­
ботать в режиме стабилизации или ограничения напряжения у
группы ламп.
Поддержание чистоты отражающих и остекленных поверхностей.
Экономичность работы электроосветительных установок зависит
от состояния отражающих поверхностей потолков и стен помеще­
ний, поверхностей ламп и светильников, а также окон помеще­
ния. Например, в помещении с побеленными потолком и стенами
коэффициент отражения составляет 75 %, а там, где поверхности
покрыты пылью или не оштукатурены, коэффициент отражения
не превышает 10 %. Поверхности помещений чистят хозяйствен­
ные службы предприятия по мере необходимости. Светильники
моют электромонтеры (напряжение при этом отключают). В по­
мещениях со значительным выделением пыли, например в кормо­
цехах, рекомендуют мыть светильники два раза в месяц, в поме­
щениях со средним выделением пыли (мастерские и др.) — один
раз в два месяца, в помещениях с незначительным выделением
пыли и в установках наружного освещения — по мере необходи­
мости, но не реже одного раза в четыре месяца.
Производственная эксплуатация облучательных установок ин­
фракрасного обогрева, бактерицидного действия, а также комби­
нированных облучателей имеет свои особенности. Для каждой ус­
тановки в соответствии с имеющимися инструкциями составляют
график и режим работы. Облученность контролируют при помо­
щи уфиметра. Излучаемая ультрафиолетовая радиация зависит от
подводимого к лампе напряжения, при отклонении его более чем
на 5 % необходимо вносить поправки в режим облучения. Обычно
это делают экспериментально, т. е. по показаниям уфиметра под­
бирают рациональный режим работы конкретной установки. По
мере старения лучистый поток ламп снижается, и в связи с этим
пропорционально увеличивается продолжительность ежесуточно­
го облучения. Если интенсивность облучения, создаваемого лам­
пой, снизилась более чем на 30 %, лампу следует заменить новой.
При работе с облучательными установками следует соблюдать
специальные меры предосторожности: сокращать облученность на
уровне до 2 м от пола, экранировать лампы, периодически провет­
ривать помещение для удаления избытков озона и окислов азота,
защищать участки тела обслуживающего персонала от облучения
и применять защитные очки из дымчатого стекла.
13.2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ
И ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Техническая эксплуатация осветительных и облучательных ус­
тановок состоит в систематическом выполнении технического об­
служивания и текущего ремонта с целью поддержания высокой
надежности оборудования.
Техническое обслуживание проводят в плановом порядке один
раз в 3...6 мес на месте установки светильников и облучателей в
период технологических пауз. Типовой объем работ включает в
себя следующие, общие для всех установок, операции: измерение
освещенности (облученности) в контрольных точках, очистку от
пыли и грязи; проверку работоспособности установки; проверку
соответствия ламп типу светильника (облучателя), замену стекол,
имеющих трещины или сколы; проверку состояния патрона и за­
чистку его контактов; подтяжку ослабевших зажимов; проверку
состояния изоляции проводок в месте ввода в арматуру, а также
надежность присоединения нулевого провода к зажиму на корпусе
светильника (облучателя). В установках с газоразрядными лампа­
ми дополнительно выполняют техническое обслуживание пуско­
регулирующей аппаратуры.
Текущий ремонт осветительных и облучательных установок осу­
ществляют в плановом порядке один раз в 12...24 мес на месте раз­
мещения светильников и облучателей или в мастерской. Для всех
видов облучателей и светильников текущий ремонт имеет следую­
щие общие операции: очистку установки; разборку светильников
(облучателей); выявление неисправностей и их устранение; при
необходимости выправку и окраску корпуса светильника (облу­
чателя); окраску отражателя (эмалированного) и экранирующей
решетки белой эмалью; сборку схемы установки; проверку со­
противления изоляции проводов и работоспособности ламп; уста­
новку их в светильник (облучатель); проверку работоспособности
установки и создаваемой ею освещенности (облученности). В ус­
тановках с газоразрядными лампами проводят следующие допол­
нительные работы: проверяют состояние защитного стекла или
решетки, исправность резисторов, конденсаторов и дросселя;
проверяют и при необходимости восстанавливают работоспособ­
ность пускорегулирующей аппаратуры.
Новые элементы осветительной и облучательной аппаратуры,
используемой в процессе проведения ремонта, обязательно долж­
ны иметь сертификат соответствия.
Контрольные вопросы н задания
1. В чем заключается эксплуатация осветительных и облучательных установок?
2. Что дает автоматизация работы осветительных установок? 3. Почему в освети­
тельных установках необходимо поддерживать номинальное напряжение? 4. Во
сколько раз снизится срок службы осветительных установок при увеличении на­
пряжения на 10 %? 5. Как можно повысить экономичность работы осветительных
установок? 6. Какие меры предосторожности следует соблюдать при эксплуатации
облучательных установок? 7. В какие сроки проводят техническое обслуживание
осветительных установок? 8. Перечислите операции, проводимые при ТО и ТР
осветительных установок.
Р а з д е л IV
ТЕХНОЛОГИЯ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Г л а в а 14
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА
14.1. ЗАДАЧИ И СПОСОБЫ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА
Электрооборудование представляет собой технические систе­
мы, состоящие из множества узлов и деталей (элементов). Лишь
некоторые изделия удается создать из равнопрочных элементов
(трубчатый электронагреватель, подшипник и т. п.). Такие изде­
лия называют неремонтируемыми, поскольку все элементы из­
нашиваются одновременно или отказавшие элементы невозмож­
но восстановить по технологическим или экономическим сооб­
ражениям.
Обычно элементы оборудования имеют различную проч­
ность и подвержены неодинаковым по интенсивности воздей­
ствиям. В результате узлы и детали изнашиваются неравномерно.
Те из них, которые имеют небольшую долговечность, называют
быстроизнашивающимися элементами (витковая и главная изоля­
ция, горелочные устройства, фильтры и т. п.). Остальные элемен­
ты называют базовыми (магнитопровод, станина, рама и т. п.). Их
долговечность в 3...10 раз больше, чем у быстроизнашивающихся
элементов.
Различная долговечность приводит к тому, что энергетическое
оборудование обычно отказывает из-за износа или повреждения
отдельных быстроизнашивающихся элементов. Для восстановле­
ния работоспособности достаточно провести частичный ремонт,
который называют текущим. При отказе базовых элементов необ­
ходим капитальный ремонт.
В соответствии с ГОСТ 18322-78 капитальным ремонтом назы­
вают ремонт, осуществляемый с целью восстановления полного
(или близкого к полному) ресурса изделия за счет замены или вос­
становления любых его частей, включая базовые.
Капитальный ремонт — один из вариантов решения более
сложной технико-экономической задачи, а именно системати­
ческого обновления парка электрооборудования сельскохозяй­
ственного предприятия. Другие варианты — замена новым обо­
рудованием, модернизация или переход к новым технологиям.
Специалисты электротехнической службы должны выбрать наи­
лучший вариант. Методические приемы решения этой задачи
рассмотрены в четвертой главе.
Капитальный ремонт электродвигателей, пускозащитной ап­
паратуры, сварочных генераторов и трансформаторов, а также
автотракторного электрооборудования может быть выполнен как
специализированными ремонтными предприятиями, так и не­
большими ремонтными цехами «Агропромэнерго» или частными
фирмами. Ремонт распределительных трансформаторов целесооб­
разно выполнять на предприятиях энергоремонта энергетических
систем, в ведении которых находится подавляющее число работа­
ющих на селе трансформаторов.
Ремонт электрооборудования делят на два вида: централизо­
ванный и нецентрализованный.
Централизованный ремонт электрооборудования проводят в
крупных электроремонтных мастерских или на электроремонтных заводах, где обеспечивают соблюдение передовой техноло­
гии, где есть квалифицированные кадры, необходимые материа­
лы и механизмы. Качество ремонта электрооборудования на
крупных предприятиях может быть настолько высоким, что на­
дежность отремонтированной машины не уступает надежности
новой.
Нецентрализованный ремонт проводят в небольших мастерских,
не имеющих преимуществ крупных специализированных пред­
приятий.
Исследования показали, что при существующей технологии
централизованный ремонт электродвигателей мощностью более
4 кВт оправдан и стоимость ремонта электродвигателя меньше
стоимости нового. Кроме того, значительный выход из строя
электродвигателей (от 15 до 40 %), работающих в сельском хозяй­
стве, а также высокая стоимость новых электродвигателей вынуж­
дают прибегать к нецентрализованному ремонту электродвигате­
лей малой мощности. Это позволяет избежать простоев техноло­
гического оборудования.
14.2. РАСЧЕТЫ ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ
При капитальном ремонте электрических машин возникает не­
обходимость в расчетах. Это бывает, например, когда надо изме­
нить какие-либо параметры машины: номинальную (паспортную)
мощность, напряжение, частоту вращения. Несмотря на то, что
электромашиностроительные заводы выпускают машины, пред­
назначенные для самых разнообразных производственных меха­
низмов и условий работы, это не полностью удовлетворяет сельс­
кохозяйственное производство. На практике часто надо изменять
заводские параметры серийных электрических машин и индиви­
дуально приспосабливать их к работе с различными производ­
ственными механизмами.
Известны случаи, когда при невозможности приобрести маши­
ны с требуемыми параметрами перемотке подвергались новые ма­
шины. Но и в более простых случаях, когда при ремонте требуется
повторить заводские параметры машин, расчеты также необходи­
мы, особенно если это касается крупных машин.
Электроремонтные предприятия располагают альбомами обмо­
точных данных электрических машин различных серий и типов,
как выпускаемых в настоящее время, так и снятых с производства.
В альбомах содержатся необходимые для ремонта данные. Но
даже в этом случае конкретные условия ремонта могут вызвать не­
обходимость в определенных расчетах; например, при отсутствии
требуемых обмоточных проводов (по марке и сечению) или изоля­
ционных материалов и замене их другими, имеющимися в данный
момент в наличии, могут быть допущены некоторые отступления
от заводских параметров машины, но эти отступления должны
быть технически обоснованы, а следовательно, подтверждены рас­
четом. Кроме того, в ремонтной практике часто приходится пе­
рематывать машины, а заводские обмоточные данные отсутству­
ют, например в машинах устаревших типов или иностранных
фирм. В этих случаях, даже если есть возможность по сохранив­
шимся элементам обмотки восстановить ее параметры: схему со­
единения, число витков в катушке, размер обмоточного провода,
было бы неправильно перематывать машины без выполнения хотя
бы сокращенного поверочного расчета. При определении обмо­
точных данных могут быть допущены ошибки, и перемотка будет
выполнена по искаженным данным. Если же поступивший в ре­
монт электродвигатель ранее уже перематывали, есть вероятность,
что при предыдущих ремонтах могли быть допущены существен­
ные отступления от заводских данных, которые, возможно, и яви­
лись причиной выхода его из строя.
На современном электроремонтном предприятии средней
мощности ремонтируют 15...20 тыс. электрических машин в год.
В основном это нормальные асинхронные двигатели мощностью
от 0,5 до 100 кВт. Среди них немало таких, у которых не только
полностью отсутствует обмотка, но даже не сохранилась паспорт­
ная табличка (это в основном статоры асинхронных двигателей
мощностью от 1 до 10 кВт). В таких случаях необходим полный
поверочный расчет, в результате которого на основании рекомен­
дованных практикой электромашиностроения электромагнитных
нагрузок активных частей машины могут быть определены с дос­
таточной точностью ее паспортные данные и параметры обмотки,
что позволит грамотно выполнить ремонт.
В ремонтной практике приходится выполнять целый ряд элек­
трических и механических расчетов отдельных узлов и деталей
электрических машин, а также расчетов, связанных с определени­
ем необходимого для ремонта количества материалов: изоляцион­
ных, конструкционных, обмоточных проводов, лаков, эмалей,
припоев и др. Для нормирования труда электромонтеров по ре­
монту электрооборудования, электромонтеров-обмотчиков и изо­
лировщиков по ремонту электрических машин и трансформато­
ров, а также мойщиков и маляров при сдельной и повременной
оплате труда разработаны типовые нормы времени. Типовые нор­
мы времени могут быть использованы при расчете комплексных
норм.
Ниже приведены методики расчетов основных элементов асин­
хронных электродвигателей и силовых трансформаторов, которые
наиболее часто используют в практике электроремонтных мастер­
ских и цехов промышленных предприятий.
14.3. РАСЧЕТ ОБМОТОК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ
Заданными величинами для расчета являются геометрические
размеры сердечника статора и ротора. Их получают при подготов­
ке исходных данных к расчету в результате обмера.
Подготовка исходных данных к расчету. Геометрические разме­
ры статора и ротора, полученные в результате обмера, приведены
далее:
Оа — наружный диаметр сердечника статора, мм;
к\— высота паза, мм;
Ь, — ширина зубца, мм;
2\— число пазов статора, шт;
Ли — номинальный коэффициент полезного действия, о.е.;
Д — диаметр внутренней расточки статора, мм;
Ь\— длина сердечника статора, мм;
(?„ — площадь паза в штампе, мм2;
2г — число пазов ротора, шт;
с 08 ф — номинальный коэффициент мощности, о.е.
К техническим требованиям заказчика относят:
II\л— подводимое линейное напряжение;
2р — число полюсов обмотки;
/ — частоту тока.
Площадь паза в штампе определяют расчетным путем или по
оттиску паза. П о имеющимся фрагментам обмотки восстанавлива­
ют тип обмотки, схему соединения фазных обмоток, шаг обмотки,
а по шагу определяют число полюсов обмотки, число элементар­
ных проводов в катушке.
На основании результатов обмера по справочнику [2] опреде­
ляют тип рассчитываемого электродвигателя. В целях упрощения
данные обмера приводят к расчетным данным магнитопровода.
На основании данных обмера определяют следующие величины.
Чистая длина сердечника статора, м,
где Кс — коэффициент, учитывающий уменьшение длины сердечника статора изза изоляции листов стали (для электродвигателей четвертой серии при изоляции
листов стали лаком К,. = 0,95 [1], а при изоляции листов стали оксидной пленкой
Кс = 0,97; для электродвигателей серии АИР
принимают равным 0,97).
Высота спинки статора, м,
Лв= 0 ,5 (Д ,- Д )- Л ,.
(14.2)
Площадь поперечного сечения спинки статора, м2,
Оа= Ь К
(14.3)
Площадь поперечного сечения зубцов статора на полюс, м2,
(14.4)
Площадь поперечного сечения воздушного зазора на полюс, м2,
2р
(14.5)
гае т — ширина полюсного деления, м.
После проведенных расчетов выбирают главную изоляцию паза
и тип обмотки [2]. Обмотки машин переменного тока принято
подразделять на однослойные (концентрические, шаблонные и
цепные) и двухслойные (концентрические и петлевые).
Однослойные обмотки при укладке в пазы полностью занима­
ют площадь паза и поэтому имеют более высокий коэффициент
заполнения, они просты в изготовлении и при ремонте. В электро­
двигателях серий 4А и АИР с высотами оси вращения 50... 160 мм
включительно на все числа полюсов, за исключением двухполюс­
ных с высотами оси вращения 160 мм, обмотки выполняют одно­
слойными.
Электродвигатели на все числа полюсов с высотами оси враще­
ния 180...355 мм и двухполюсные электродвигателя с высотами
оси вращения 160 мм выполняют со всыпными двухслойными
обмотками. Двухслойная обмотка является шаблонной и может
быть выполнена с любым шагом. Шаг двухслойной обмотки, как
правило, выбирают укороченным. Степень укорочения при четы­
рех и более полюсах принимают в диапазоне 0,75...0,85, а для об-
моток, имеющих два полюса, — 0,56...0,75. Более подробно с дос­
тоинствами и недостатками обмоток асинхронных электродвига­
телей, их схемами и методиками их составления можно ознако­
миться в [2 ].
1.
,
Расчет обмоточного коэффициента. Прежде всего для определе­
ния обмоточного коэффициента необходимо знать шаг Удля выб­
ранного типа обмотки:
для однослойных обмоток
(14.6)
для двухслойных обмоток
2р
(14.7)
где р — степень укорочения обмотки.
Полученное расчетное значение шага должно быть целым чис­
лом, поэтому дробное округляют до ближайшего целого числа.
Число катушек в катушечной группе
(14.8)
где т — число фаз обмотки, т = 3.
Пазовый угол
а
360
(14.9)
Коэффициент укорочения
(14.10)
где К— расчетный шаг обмотки; р — число пар полюсов обмотки; 2\— число пазов.
Коэффициент распределения
(14.11)
где а] — пазовый угол; д — число катушек в катушечной группе.
Расчет числа витков обмотки, приходящихся на фазу. Для опре­
деления числа витков в фазной обмотке статора необходимо знать
магнитный поток Ф, который зависит от индукции на отдельных
участках магнитной цепи электродвигателя и прежде всего в воз­
душном зазоре (Д5), в зубцах (2?г) и в спинке статора (Ва). Опреде­
лим магнитный поток по индукции в воздушном зазоре В$:
Ф —О,642?505.
(14.13)
Индукция в воздушном зазоре
зависит от наружного диамет­
ра сердечника статора Оа и числа полюсов статорной обмотки элек­
тродвигателя 2р. Ее определяют по графикам, приведенным в [1].
Правильность выбора индукции в воздушном зазоре проверяют по
расчетным значениям индукций в спинке и зубцах.
Расчетная индукция в зубцах
й-
Ф
(14.14)
Расчетная индукция в спинке статора
(14.15)
Для всех полученных значений магнитного потока определяют
В ^ и Вф, сравнивая их с допустимыми, приведенными в [2]. Они
не должны превышать допустимые значения более чем на 5 %.
Сравнив их, принимают значение магнитного потока Ф.
Зная магнитный поток, определяют число витков в фазной об­
мотке статора:
,ф 4,44К ^А Ф ’
(14.16)
где II]|ф— фазное напряжение, В; К, — отношение электродвижущей силы обмотки
статора к номинальному напряжению. Эта величина зависит от геометрических
размеров сердечника статора б а и числа пар полюсов обмотки и может быть опреде­
лена по кривым, приведенным в [2]; /\— частота питающего напряжения, 50 Гц.
Число витков в фазной обмотке должно быть целым.
Определение диаметра обмоточного провода. Независимо от типа
обмотки число эффективных проводников в пазу рассчитывают
по формуле:
С
б И '.Ф
(14.17)
Число витков в катушке для обмоток:
однослойных Щ и = Л},;
двухслойных И'кат = 0,5.$,.
Расчетное число витков в катушке округляют до ближайшего
целого числа.
Расчетное сечение проводника с изоляцией
Я„ = ~ ш-,
(14.18)
п
где А^п — коэффициент заполнения паза, зависит от типа обмотки, конструкции
пазовой изоляции, применяемых изоляционных материалов (для однослойных
обмоток Азап ==0,40....0,43, ДЛЯ двухслойных обмоток Азап = 0,36....0,40 [1]).
Расчетный диаметр проводника с изоляцией
(14.19)
Если расчетный диаметр проводника с изоляцией (*/из) больше
1,7 мм, для уменьшения диаметра проводника катушечные группы
фазной обмотки включают параллельно, образуя а параллельных
ветвей. Рекомендуется принимать число параллельных ветвей,
равное числу пар полюсов. Уменьшить диаметр проводника мож­
но и за счет изменения числа параллельных проводников в одном
эффективном витке п, поэтому в общем случае число проводников
в пазу можно записать:
Ш бН^л.ап
(14.20)
Тогда расчетное сечение проводника с изоляцией
< 4= ^= -
(14.21)
Расчетный диаметр проводника с изоляцией
<з=1,14 ^ .
(14.22)
Выбор стандартного размера и марки обмоточного провода. В за­
висимости от класса нагревостойкости по таблицам, приведенным
в [1], выбирают марку обмоточного провода и марку выводных
проводов.
Для выбранного типа обмоточного провода на основании ре­
зультатов, полученных в ходе расчетов по выражениям (14.18) и
(14.19) или (14.21) и (14.22), принимают ближайшее стандартное
значение размеров проводника с изоляцией и без изоляции
(^из.гост> ^гол. Ягол) (ГОСТ 26606-85 «Провода обмоточные с эмале­
во-волокнистой, волокнистой, пластмассовой и пленочной изоля­
цией»).
Расчет полезной мощности асинхронного электродвигателя. При
известном сечении проводника без изоляции силу номинального
фазного тока определяют по формуле:
1\ф-фп,
(14.23)
гдеу — плотность тока (для электродвигателей серий 4А и АИР ее принимают рав­
ной 4,5...9 А/мм2, чем меньше габариты электродвигателя, тем больше плотность
тока).
Имеется техническое противоречие: плотность тока должна
быть выбрана как можно большей, но при этом растут потери
электрической мощности в обмотках Д/*эл1 и ДР^а, что приводит к
увеличению температуры обмоток и к уменьшению коэффициен­
та полезного действия электродвигателя. Для контроля правиль­
ности выбора плотности тока определяют линейную нагрузку на
единицу длины диаметра внутренней расточки статора по следую­
щему выражению, А/м:
Л=6Ж1ф/ 1Ф.
лД
(14.24)
Полученное значение линейной нагрузки сравнивают с допус­
тимым значением для данного электродвигателя, которое опреде­
ляют из графиков, приведенных в [2]. Принимают такое значение
фазного тока, при котором линейная нагрузка отличается от допу­
стимых значений не более чем на ±5 %. Это значение фазного
тока используют при дальнейших расчетах.
Полезную мощность электродвигателя рассчитывают по фор­
муле:
Я
/ ,2=-Л1/1л/1Лл «»Ф-
(14.25)
Цель конструкторского расчета обмоток — определение гео­
метрических размеров катушек, расчет сопротивления фазной об­
мотки статора и определение веса обмоточного провода.
Определение геометрических размеров катушек. Средняя шири­
на катушки обмотки статора равна ее среднему шагу, м:
тг(А+Л,)
/ср=Р— 2“ — •
(14.26)
Все величины, подставляемые в выражение (14.26), должны из­
меряться в системе СИ.
Длина лобовой части витка, м,
Алоб =
УК+ 1г.,
где К — поправочный коэффициент, зависящий от числа полюсов и способа
намотки; /„ — абсолютная поправка, зависящая от числа полюсов и способа на­
мотки.
1
Значения К и /п приведены в [9].
Средняя длина витка, м,
Аэит = 2 (/-1 + Алоб)
(14.28)
Расчет сопротивления фазной обмотки статора и определение веса
обмоточного провода. Сопротивление фазы обмотки статора опре­
деляют по выражению
Къ=гЬ*
доя
(14.29)
где г — удельное сопротивление проводника [9]; # — сечение обмоточного провода
без изоляции.
Масса обмоточного провода без изоляции (голого), кг,
С-ол = З ^ А витЖ1фай• 10_6,
(14.30)
где #м= 8900 кг/м3— удельный вес медного провода; # — сечение обмоточного
провода без изоляции, мм2.
М асса обмоточного провода с изоляцией
С„з= 1,056™.
(14.31)
Приведенная методика позволяет пересчитать обмоточные
данные электродвигателя на новое напряжение или новую частоту
вращения, используя для этой цели железо базового электродвига­
теля. При пересчете на другую частоту вращения необходимо все­
гда проверять соотношение числа пазов статора, ротора и числа
пар полюсов [11.
14.4. РАСЧЕТ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ
ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ
При полных исходных данных трансформатора для ремонта обмо­
ток за образец берут старую обмотку и выписывают ее основные
данные: тип обмотки, число витков в слое, число слоев и т. д. и по
указанным данным восстанавливают обмотку. В этом случае ка-
кой-либо расчет практически не нужен. Весь расчет сводят к оп­
ределению расхода проводниковых материалов.
При частичных данных, например отсутствии паспортных дан­
ных трансформатора, но наличии данных старой, вышедшей из
строя обмотки, расчет обмоток сводят к определению типоразмера
трансформатора и основных его параметров: мощности, напряже­
ния, номинального тока, и проверке работоспособности транс­
форматора в условиях эксплуатации.
Наиболее сложным является расчет при отсутствии паспорт­
ных данных и данных старой обмотки. Расчет в этом случае сводят к
электрическому и конструкторскому расчету обмоток по извест­
ным геометрическим размерам магнитной системы. В результате
расчета определяют типоразмер трансформатора и основные его
параметры. Полученные данные сравнивают с аналогичными па­
раметрами типового электрооборудования того же класса напря­
жения и той же мощности,
На стадии проектирования не удается точно предвидеть усло­
вия эксплуатации трансформатора и приходится ориентироваться
на среднестатистические данные. Они могут существенно отли­
чаться от фактических условий. Такое же несовпадение может
быть между расчетными и фактическими режимами работы транс­
форматора. Кроме того, в процессе эксплуатации трансформатора
может происходить изменение его характеристик за счет износа
отдельных элементов. Поэтому при эксплуатации часто возникает
необходимость расчета обмоток трансформатора с учетом конкре­
тизации условий эксплуатации трансформатора с дальнейшим
восстановлением эксплуатационных показателей при капиталь­
ном ремонте.
Иногда заказчик требует изменить паспортные данные транс­
форматора для использования его в новых условиях. Поэтому при
капитальном ремонте приходится выполнять пересчет обмоток на
другое напряжение или на другую мощность.
В процессе эксплуатации могут измениться условия эксплуа­
тации трансформатора — увеличиться или уменьшиться нагруз­
ка на трансформатор. При малой нагрузке трансформатор име­
ет низкие значения КПД, соз <р. Увеличение нагрузки приводит
к улучшению энергетических показателей, но при этом возни­
кают отрицательные последствия — перегрев и снижение надеж­
ности трансформатора. Поэтому для оптимизации эксплуатаци­
онных показателей трансформатора приходится рассчитывать
обмотки, приспосабливая трансформатор к новым условиям экс­
плуатации.
Расчет обмоток при известных данных магнитной системы сво­
дят к определению данных электрической системы, мощности и
основных параметров. Так как геометрические размеры заданы, то
мощ ность зависит от электромагнитных нагрузок — магнитной
индукции и плотности тока. Поэтому их выбор считают самым от-
ветственным этапом расчета. Он
основан на рекомендациях, вы­
работанных в практике проекти­
рования электрооборудования.
Для этого по основным парамет­
рам магнитной системы опреде­
ляют ориентировочную мощ­
ность и по ней выбирают элект­
ромагнитные нагрузки.
По
выбранной
индукции
и
со к
ст
исходным данным определяют
необходимое число витков обмо­
ток и по известной площади оп­
ределяют сечение провода об­
б
мотки. Выбрав плотность тока в
обмотке,
рассчитывают
ток
Рис. 14.1. Эскиз магнитопровода транс­ фазы, а затем мощность транс­
форматора:
форматора. Для проверки праа — вид сверху; б — вид прямо
вильности расчета мощности
С — расстояние между осями стержней маг­
нитопровода; А\— ширина пластины стер­
рассчитывают
основные
пара­
жня магнитопровода;
— высота стержня
метры трансформатора и сравни­
или высота окна магнитопровода; Ь%— дли­
на ярма магнитопровода; Сж — ширина
вают
их
с
аналогичными
пара­
окна магнитопровода или расстояние между
метрами типового трансформа­
стержнями магнитопровода; />ст— диаметр
стержня
тора того же класса напряжения
и той же мощности.
При изготовлении и ремонте трансформаторов применяют
электротехнические стали марок: 1511, 1512, 3411, 3413. С целью
получения исходных данных для расчетов проводят обмер магни­
топровода трансформатора, в процессе которого определяют раз­
меры, показанные на рисунках 14.1—14.3.
Рис. 14.2. Эскиз стержня трансформатора:
Д|...ая — толщина пластин стержня магнито­
провода; А\...АЛ— ширина пластин стержня
магнитопровода
Рис. 14.3. Эскиз ярма трансфор­
матора:
ВХ...В3— ширина пластин ярма маг­
нитопровода; Ь\...Ьз — толщина пла­
стин ярма магнитопровода
Расчет обмоточных данных трансформатора. По геометрическим
размерам магнитопровода определяют сечение и диаметр стержня
/)ст. Сечение стержня, м2,
От = [Лхах+ 2(Л2а2+А3аъ+... + А„ап)] •
• 10-6,
где
— ширина пластин стержня магнитопровода, а\-~ая —их толщина;
Ка — коэффициент заполнения стержня железом, зависящий от вида изоляции и
толщины листов электротехнической стали /16... 17/.
Сечение ярма без изоляции, м2,
а
[ВХЬХ+ ЦЫ ъ +... + ДА,)] • Ае, • 10~6,
где В\...Вп— ширина пластин ярма магнитопровода; Ь\...ЬЯ— их толщина.
Диаметр стержня, м,
Псг
^Ост^фх
П
где КфШ коэффициент формы круга, завис5пций от числа ступеней стержня;
п = 3,14
Число ступеней
1
2
3
0,636
0,786
0,851
4
0,886
6 и более
0,91...0,92
5
0,91...0,92
После проведения этих расчетов можно приступить к опреде­
лению числа витков первичной и вторичной обмоток трансформа­
тора. Для этого определяют электродвижущую силу первичной об­
мотки трансформатора, В:
(14.32)
Ех- 4.44/, И Ь З Д п
где /| —частота питающего напряжения сети, Гц;
—число витков первичной
обмотки трансформатора; Д* — индукция в стержне трансформатора, Тл (реко­
мендуемая индукция в стержнях силовых трансформаторов приведена в
табл. 14.1); 0 „ —сечение стержня.
14.1. Индукция ■ стержнях сяловых трансформаторов, Тл
Марка стали
1511
3411 и 3412
3413
0,08.0,09
0.90....1.20
1.10....1.40
1.20....1.50
[иаметр стержня, Д -, м
0 ,10...0,14 и выше
0,09.0,10
1.20_1,40
1,40_1.55
1,50....1,60
1.40....1.45
1.55.... 1,60
1,60_1,65
Примечание. Допустимую индукцию в стержнях трансформаторов при диа­
метре стержня более 0,14 м принимают равной 1,7 Тл.
Из выражения (14.32) определяют чр
мотки трансформатора, зная остальные
Ж
1ф 4,4 4 /Л ,О ,
Число витков вторичной обмотки рассчитывают аналогично:
цг -
^2
где Е} — электродвижущая сила вторичной обмотки трансформатора.
При соединении вторичной обмотки трансформатора в зигзаг
число витков определяют по формуле:
ш
*
ХЛ5Е>
4,44Г х В Ж '
Рассчитанное число витков первичной и вторичной обмоток
следует округлить до целого числа.
Сечение обмоточного провода для первичной обмотки. Для опре­
деления размеров обмоточного провода необходимо знать сечение
окна трансформатора 0оК= С0КЬ„ и сечение окна трансформато­
ра, приходящееся на одну обмотку 0 ^:
бок
Ооб = * зал дг
где Аза,, — коэффициент заполнения окна трансформатора, зависящий от диамет­
ра стержня [1]; ДО— количество обмоток в окне трансформатора, для трехфазного
трансформатора ДО= 4 .
I , Ч я м . »•
Расчетное сечение проводников обмотки с изоляцией, мм2,
а
- ®°б
?1из р « V
Расчетный диаметр проводника с изоляцией, мм,
^1из.р
•
Расчетный диаметр проводника без изоляции, мм,
^1г.р
^1из.р
$из>
где
— двухсторонняя толщина изоляции, зависящая от диаметра провода и его
типа, см. ГОСТ 26606-85 «Провода обмоточные с эмалево-волокнистой, пластмас­
совой и пленочной изоляцией».
224
При изготовлении обмоток трансформатора применяют прово­
да марок: ПБ, АЛБ, ПСД, ПСДК. Рассмотрим характеристики
этих проводов.
ПБ — провод медный с изоляцией из кабельной бумаги. Вы­
пускают диаметром 1,32...8 мм, а прямоугольный провод этой
марки имеет следующие размеры: меньший — 0,80...6,00 мм; боль­
ший — 2,00...20,00 мм.
АП Б — провод алюминиевый, изолированный лентами кабель­
ной бумаги. Класс нагревостойкости А. Выпускают тех же разме­
ров, что и провод ПБ.
ПСД — провод медный с изоляцией из бесщелочного стекла,
наложенного двумя слоями с подклейкой и пропиткой нагрево­
стойким лаком. Класс нагревостойкости «В».
ПСДК — провод медный с той же изоляцией, но с подклейкой
и пропиткои кремнииорганическим лаком.
Провода ПСД и ПСДК применяют обычно при изготовлении и
ремонте сухих трансформаторов. Стандартное значение диаметра
проводника без изоляции можно найти в ГОСТ 26606-85.
Сечение обмоточного провода для вторичной обмотки. Расчетное
сечение проводника с изоляцией, мм2,
У
д
Шиз#
Яоб
шяяшшшшяшшшшш
И'гф.к
Обычно в силовых трансформаторах для вторичных обмотки
используют проводники прямоугольного сечения. Высоту й2 и
ширину вторичной обмотки Ь2 выбирают таким образом, чтобы
выполнялось следующее условие:
(^ 2
5цз)(^2
$из)я —#2из.р>
где п — число параллельных проводников.
Расчетный номинальный фазный ток вторичной обмотки, А,
^2н.ф
где у*2— средняя плотность тока, А/мм2, зависящая от числа слоев обмотки и диа­
метра стержня, справочная величина [1]; <72= Н ^п — сечение проводника без изо­
ляции.
Ориентировочная полная номинальная мощность трансформатора
^•=зг/2ф/ 2ф=Тзг/2л/ 2л, вл,
где {/г* и II2л— фазное и линейное напряжения вгоричной обмотки. В; / 2ф и /2л—
фазный и линейный токи вторичной обмотки, А.
Принимают стандартное значение мощности трансформатора
;ующей шкале
Из соотношения 5 = тС1|ф/|ф определяют фазный ток в первич­
ной обмотке, А:
/ 1ф
тЦ 1ф
Рассчитывают плотность тока в первичной обмотке, А/мм2:
/ 1ф
Ч\
Полученную плотность тока в первичной обмотке сравнивают с
допустимой. Если плотность тока находится в допустимых преде­
лах, то продолжают расчет параметров трансформатора, если нет,
то уменьшают допустимую плотность тока или принимают мень­
шее значение мощности трансформатора из стандартной шкалы
мощностей. После этого рассчитывают конструктивные размеры об­
моток. Под обмоткой высшего напряжения (ВН) будем понимать
первичную обмотку, а под обмоткой низшего напряжения (Н Н ) —
вторичную обмотку. Этот расчет заключается в следующем.
Определяют число витков в одном слое для обмоток ВН и НН:
IV,сл1
_А гг~
2 °0 2
аиз!
. м/
> "сл2
-А л'
2^01
пс!из2
где #02 и аох— изоляционные расстояния между ярм ом и обмотками В Н и Н Н с о ­
ответственно (ри с. 14.4). Значения этих величин приведены в [1]; л — число па­
раллельных проводников.
н
Число слоев обмоток ВН и НН
где К — 1 для трехфазны х т ран сф орм ат оров; К = 2 для однофазны х т ран сф орм а
торов.
Рис. 14.4. Изоляционные расстоя­
ния в трехфазном двухобмоточном
трансформаторе:
мот-
мот
мот
обмотка НН — обмотка низшего напря­
жения; обмотка ВН — обмотка высшего
напряжения; 5м — расстояние от обмот­
ки НН до стержня; б12 — расстояние
между обмотками ВН и НН одной фазы;
6 ц — расстояние между обмотками ВН;
#01 — расстояние от обмотки НН до
ярма; а<и — расстояние от обмотки ВН
до ярма
Лэб1
^ся 1(^1из
^1из)э
*об2
^ся2(^2из ^ ^2из)>
где ^ 1Ю, ^2из — стандартные диаметры проводников обмоток ВН и НН с изоляци­
ей; 5]из 52вз — толщина межслоевой изоляции обмоток ВН и Н Н , зависящая от
межслоевош напряжения [1].
При этом межслоевое напряжение, необходимое для опреде­
ления толщины материала изоляции, вычисляют следующим об­
разом:
=-^-; А1/еа =-^-.
^сл!
^сн2
После этого проверяют правильность размещения обмоток в
окне трансформатора, при этом должно выполняться условие:
Сж > 2(гоб] + Гоб2 + 5о! + § 12) + *>1I-
Если это условие выполнено, то определяют дальнейшие пара­
метры трансформатора.
М асса обмоток высшего и низшего напряжений. Ее можно опре­
делить, зная внутренний и наружный диаметры обмоток:
Дш1 = Дн2 + 2&12»
А.1
^
вн1
2^1,
А ш2 = /)ст + 26о,;
Дй
^вн2
2Го52«
гае А н 1. Ди.-) — внутренние диаметры обмоток ВН и НН; Ли\
, Дд — наружные
диаметры обмоток ВН и НН; Ц* — диаметр стержня.
Тогда средняя величина диаметров обмоток равна:
г»
Ай + А н ! . Г»
_ А гё + Д»н2
^ср1----- 2 ----’ ср2----- 2
Зная эти размеры, можно определить массу обмоток из медных
или алюминиевых проводов соответственно:
= 28тД р|
С„1
• 10_3,
= 8,47да/)Ср2 И 'г ф ф ' Ю _3-
где />«1, />ф2 — средние диаметры медных и алюминиевых проводов, м; ф , ф —
сечения проводников без изоляции по ГОСТ, мм2.
^ 2 = 28/я/>ср1 И ^ , • 10_3;
Оа2 = 8,47/яД Р2Щф02 ’ Ю-3.
Потери мощности в первичной и вторичной обмотках трансформа­
тора:
для медных проводов АР<я\=2,4$ См1 и Д/^ 2
Вт;
для алюминиевых проводов
д^об1=12,75у1
2<7М1, ДТоб2=12,75^(З^Вт.
Потери мощности короткого замыкания
РК.З
об2
Потери в стали трансформатора, Вт,
Д/>,С Т
(т Р „6 ,ст+ 2РяСя)К„об,
где Ря, Рст— удельные потери в ярме и в стержне, Вт (зависят от марки стали, ин­
дукции и толщины листов стали; их значения приведены в [1]; (7СТ и Ся — массы
стержней и ярма, [Сст= т 0 ст^ сту, кг]; ус —•удельный вес стали (для холоднокатаной
стали ус = 7650кг/м , для горячекатаной стали ус = 7550 кг/м*); [Оя = 20я/*у, кг],
Ьа = 2С+ 2),ст 2Сок + 3/)ст; А^об — коэффициент добавочных потерь [1].
Индукция в ярме
&
В я = 5 СТ
а
Напряжение короткого замыкания, %,
где. 17кз а — активная
составляющая
напряжения
короткого
замыкания
[Щсщ = Щ ш /( 10*5)]> где АД з — потери короткого замыкания, Вт; 5 — расчетная
мощность трансформатора, кВ • А; 1/к3р — реактивная составляющая напряжения
короткого замыкания
нала рассеяния
ик.з.р
_7,9/1^ 1ф/1лАр5*р
5=512+^+^
3
Ь\и Ы
* 5 — ширина приведенного ка­
катушек
высокого и
низкого напряжений, м;
— коэффициент гоговского, учитывающий отклоне­
ние реального потока рассеивания от идеального параллельного потока
* р-1
812
+!>!
ся на 1 виток, В;
ст
обмотки
01
^1ф ^1ф
еш^сл1^сл! Ж1ф
ср
ЭДС, приходящая­
(А р! + Аад)/2 — средний диаметр, м
Коэффициент полезного действия трансформатора
Г1=1-
Д^ к.з +Д^ сг
1
$со§(рнаГр+АРКЗ
+
А
Р
с
т
где сох фнагр = 0,80 — коэффициент мощности нагрузки.
Реактивная составляющая тока холостого хода
7
_ <2х.х.р -100 „
х.х.р
21/ 1ф
’
’
где 0х.х,р — намагничивающая мощность трансформатора в режиме холостого
хода, вар, [бх.хр = (Ясг^сг+ Яя^я +
— удельная намагничивающая
мощность зазора, вар/м ,
и
— удельные намагничивающие мощности для
стали ярма и стержня соответственно, вар/м2 (значения а,, д„ и о, принимают по
данным, приведенным в [1]).
Активная составляющая тока холостого хода
I
х.х.а
—
с/
»*>■
Тогда полное значение тока холостого хода
Для проверки правильности расчетов находят удельную
вую нагрузку трансформатора и сравнивают ее с допуст
значениями, приведенными в [11. Удельная тепловая н
обмотки, Вт/м
др'
- Д*об1
Л /об1~
т8.охл!
где т — число фаз обмотки; 50ХЛ— площадь охлаждения обмотки высок
жения, м2 (^оы! =
К-ак — коэффициент закрытия, учи
уменьшение нагрузки охлаждающей поверхности за счет различных
принимают равным 0,8.
Удельная тепловая нагрузка вторичной обмотки, Вт/м
д
Р
'
л 'о б 2 “
062
т5.охл2
где т — число фаз обмотки; ^охл2 — площадь охлаждения обмотки низкого напряжения, м2, ( 5 ^ = 2 ^ аклДСр2Аоб)-
Удельная тепловая нагрузка на магнитопровод трансформато­
ра, Вт/м2,
А
ш
Р
'
СГ
=
л
с т
I
^ахлхт
где
‘Уахл.ст— площадь
[*$охл.ст= т к ж п О с р Ц л
форматора.
охлаждения магнитопровода трансформатора, м2,
+ 2АГзакяД,А|], />я —диаметр ярма магнитопровода транс­
Если все поставленные условия выполнены, то расчет обмотки
трансформатора сделан верно.
14.5. ПЕРЕСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ НА ЭВМ
В настоящее время широкое применение получили микроЭВМ. Их использование для пересчета параметров электрообору­
дования облегчает труд расчетчика. Существуют два основных
пути пересчета параметров электрооборудования на ЭВМ:
создание специальной программы пересчета на одном из извес­
тных языков программирования;
использование пакета прикладных программ, предназначен­
ных для проведения инженерных и экономических расчетов.
Проведем анализ этих способов.
Первый способ основан на использовании известных языков
программирования, перечислять их не имеет смысла, потому что
они развиваются очень динамично и постоянно появляются но­
вые специализированные языки.
Недостатки этого способа:
необходимо хорошо знать хотя бы один из языков программи­
рования;
тратится много времени на написание и отладку программы
(если выполняется большое количество однотипных расчетов, это
оправдано, однако при мелкосерийном производстве, когда на
каждый вид расчетов необходимо иметь свою программу, это не
оправдано;
сложность покупки необходимого программного обеспечения
(специализированные программы в продаже не встречаются);
отсутствует наглядность расчетов, проводимых по данным про­
граммам, невозможно влиять на процесс расчета; только конеч­
ный результат позволяет оценить правильность выполненных рас­
четов.
Следовательно, этот способ нерационален.
Второй способ предполагает использование пакета прикладных
программ, предназначенных для проведения инженерных и эко­
номических расчетов. К таким пакетам можно отнести электрон­
ные таблицы, Ма1сНСМ), Ма1сЫАВ, Ма1Ьта1 и т. п.
Электронные таблицы — это компьютерные программы, пред­
назначенные для хранения и обработки данных, представленных в
табличной форме. Раньше широкое распространение имели элек­
тронные таблицы 5ирегСа1с, \Уоткз, Ьо(ш 1-2-3, ОаИхоРго, в на­
стоящее время распространены различные версии электронной
таблицы Ехсе1. Они рассчитаны на работу в операционных систе­
мах \Уйккт$. Имея алгоритм расчета, можно достаточно быстро,
без особых навыков в программировании, составить программу
расчета, хранить ее и модернизировать.
П р о с т о т а и с п о л ь з о в а н и я и н а г ля д н о с т ь привле­
кают многих неквалифицированных пользователей. С помощью
электронных таблиц можно моделировать реальные ситуации и
оценивать получившиеся результаты. Д р у г о е д о с т о и н с т в о
заключается в том, что при установке офисных операционных си­
стем ТОш1ото электронные таблицы Ехсе1 устанавливаются авто­
матически и имеются на каждом современном компьютере. Нет
необходимости в поиске программного обеспечения, для его осво­
ения не нужна высокая квалификация, процесс освоения про­
граммы идет в ходе работы с ней.
Контрольные вопросы я задания
1.
От каких факторов зависят процессы старения? 2. При наличии каких неис­
правностей асинхронных электродвигателей их отправляют в капитальный ре­
монт? 3. Какие требования предъявляют к электродвигателям, сдаваемым в ре­
монт? 4. Какие электродвигатели не принимают в капитальный ремонт? 5. Поче­
му возникает потребность в производстве расчетов при капитальном ремонте?
6 . Какие исходные данные необходимы при выполнении расчета асинхронного
электродвигателя? 7. По каким параметрам проверяют правильность расчета об­
моточных данных асинхронного электродвигателя: 8 . Как пересчитывают обмот­
ки на другое напряжение? 9. Какие марки сталей используклг при изготовлении
трансформаторов? 10. Перечислите особенности расчета обмоток трансформато­
ра. 11. Перечислите особенности расчета обмоток коллекторного микродвигателя
для работы в сети переменного тока. 12. Назовите возможные пути пересчета па­
раметров электрооборудования на ЭВМ.
Г л а в а 15
ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
15.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ПРИЕМ В РЕМОНТ
Техническими условиями предусмотрено два вида ремонта
электрических машин: капитальный и текущий.
При капитальном ремонте машину разбирают полностью. Пере­
матывают обмотки (статора, ротора, полюсов, якоря), ремонтиру­
ют коллектор (заменяют до пяти коллекторных пластин) и изоля ционные манжеты с последующей проточкой и продороживанием
коллектора, контактные кольца, щеточный механизм, подшипники,
валы, вентиляторы, щиты и другие сборочные единицы и детали.
Согласно техническим условиям на сдачу в капитальный ре­
монт асинхронных электродвигателей последние направляют в ка­
питальный ремонт со следующими неисправностями: межвитковыми замыканиями в обмотках, замыканиями обмоток на кор­
пус или между фазами, обрывом обмоток, изгибом вала, износом
или повреждением его шеек, износом или повреждением посадоч­
ных мест в подшипниковых щитах, дисбалансом ротора, обрывом
бандажей ротора, повреждением контактных колец, требующих их
разборки, трещинами в корпусе и подшипниковых щитах, сниже­
нием сопротивления изоляции, если оно не восстанавливается
сушкой.
Электродвигатели, сдаваемые в ремонт, должны быть тщатель­
но очищены от пыли и грязи. С валов электродвигателей должны
быть сняты шкивы, шестерни, муфты. Их п р и н и м а ю т в к а ­
питальный р е м о н т полностью укомплектованными всеми
основными узлами и деталями в соответствии с техническими усло­
виями. В комплект входят: станина, статор с обмоткой, ротор с об­
моткой, подшипниковые щиты, вентилятор и его кожух, подшип­
ники и их крышки, коробка выводов, траверса, щеткодержатели,
контактные кольца. Принимают в ремонт и электродвигатели при
частичном отсутствии метизов: винтов, гаек, шайб и т. п.
Не п р и н и м а ю т в капитальный р е м о н т электро­
двигатели с трещинами на корпусе, превышающими 50 % его дли­
ны, трещинами в посадочных местах подшипниковых щитов, с
повреждением 30 % активной стали. В ремонт не принимают
электродвигатели, отремонтированные ранее с нарушениями тех­
нологии ремонта.
П ри п р и е м е в капитальный р е м о н т электродвига­
тель испытывают и оформляют приемосдаточный акт. Поскольку
отдельные повреждения могут быть обнаружены только после раз­
борки электродвигателя, электроремонтное предприятие имеет
право составлять односторонний акт о невозможности и нецеле­
сообразности ремонта. Акт высылают заказчику, обязав в месяч­
ный срок вывезти электродвигатель. После этого срока электро­
двигатели сдают в металлолом. Электрооборудование, ожидающее
ремонта, должно храниться в помещениях складского типа или
под навесом.
При текущем ремонте проводят подизолировку; покрытие ла­
ком лобовых частей обмоток статора, фазного ротора и катушек
полюсов; протачивают контактные кольца; протачивают и продороживают коллектор; ремонтируют (перезаливают) подшипники
скольжения или заменяют подшипники качения; ремонтируют
щеточный механизм и выводные концы.
При ремонте у электрических машин обычно сохраняют паспортные данные. Однако по просьбе заказчика и при согласии ре­
|
монтной организации у электрической машины могут быть изме­
нены частота вращения, напряжение и мощность, а также другие
ее технические параметры.
В процессе ремонта электрических машин необходимо соблю­
дать о с н о в н ы е т р е б о в а н и я , обеспечивающие их длитель­
ную и надежную работу:
конструкционные материалы, применяемые при ремонте, дол­
жны удовлетворять соответствующим стандартам и техническим
условиям, а электроизоляционные материалы должны быть по
классу нагревостойкости не ниже, чем по исполнению завода-изготовителя;
предельно допустимые превышения температуры сборочных
единиц и деталей машин должны соответствовать нормам, уста­
новленным ГОСТ;
обмотки и другие токоведущие части должны быть надежно
закреплены, а пазовые клинья — прочно удерживаться в пазах;
деревянные детали следует изготовлять из сухой (влажность не
более 6%) древесины деревьев твердых пород (бука, березы и др.),
хорошо пропитывать;
проволочные бандажи роторов и якорей надо выполнять из
бандажной проволоки, обладающей требуемым сопротивлением
на разрыв, а стекловолокнистые бандажи — из ленты ЛСБ, нало­
женной с натяжением 850...950 Н;
коллектор должен иметь строго цилиндрическую форму; бие­
ние коллектора диаметром до 250 мм не должно превышать
0,05 мм при частоте вращения 1500...3000 мин-1 и 0,15 мм при час­
1
.
тоте вращения менее 1500 мин
машины с перемотанными обмотками роторов или якорей, а
также с вновь наложенными бандажами должны без повреждений
выдерживать увеличение частоты вращения согласно ГОСТ;
предельно допустимая температура подшипников скольжения
при длительной номинальной нагрузке не должна превышать
80 °С (при этом температура масла должна быть не выше 65 °С), а
подшипников качения — не более 100 °С;
щеточный аппарат машины следует укомплектовать щетками
соответствующих марок и размеров, хорошо притертыми к повер­
хности коллектора или контактных колец с отрегулированным на­
жатием пружин (чтобы щетки свободно передвигались в обоймах,
между щеткой и обоймой должен быть зазор 0,1...0,4 мм в направ­
лении вращения и 0,2...0,5 мм в направлении оси коллектора);
электрическая прочность изоляции каждой из обмоток относи­
тельно корпуса машины, а также между смежными витками об­
мотки должна удовлетворять требованиям, указанным в ГОСТ;
у отремонтированных машин должны быть окрашены их на­
ружные поверхности, внутренняя поверхность подшипниковых
щитов и вентиляторы, а выступающие концы вала покрыты консервационнои смазкой;
электрические машины в зависимости от их вида и произве­
денного ремонта (капитальный, средний) должны проходить при­
емосдаточные послеремонтные испытания в объеме, предусмот­
ренном нормами и техническими условиями.
15.2. СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РЕМОНТА
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Структура электроремонтного завода или электроцеха пред­
приятия, технология ремонта должны обеспечивать качество ре­
монта и максимальную экономию материалов и труда. Эта струк­
тура и технология ремонта зависят от количества, номенклатуры и
мощности ремонтируемых электрических машин, наличия необ­
ходимого оборудования (подъемно-транспортных средств, метал­
лообрабатывающих станков, электросварочных аппаратов, специ­
ального технологического
размеров
оборудования),
площаПрсдремонтные испытания
производственньгх^^^^Н
дей и ряда других факторов.
Внешний осмотр
При
этом
учитывают
также
Испытания
возможности кооперировав
ния с
________ругими|
■■ I
Ш электроре|Разборочко—дефектовочныё работы]
монтными гпредприятиями,
1
Разборка двигателя
наличие кадров квалифицированных электромонтеров
Снятие поврежденной обмотки
и Кйййй
электрослесареи
шштя
по Яре­
н
Мойка и промывка деталей
монту
электрических
ма|Дефектовка деталей
шин, экономическую целе­
сообразность
осуществле­
Изоляционно­
ния
на
своем
предприятии
обмоточные работы
ремонта небольшого коли­
чества сложных или мощ­
ных машин, требующего
особого оборудования, и др.
Важнейшие
критерии
организации и технологии
ремонта электрических ма­
шин — сокращение норма­
тивных
сроков
пребывания
Послеремонтные испытания"]
машин в ремонте; увеличе­
ние продолжительности ра­
боты
отремонтированных
машин между очередными
ремонтами; снижение фак­
тической стоимости ремонта
Рис. 15.1. Схема технологического процесса
ремонта
по сравнению с плановой.
На сельскохозяйственных предприятиях применяют разнооб­
разные электрические машины общего и специального назначения
различных мощностей и конструктивных исполнений, поэтому
нельзя рекомендовать универсальную структуру электроремонтно­
го цеха или технологию ремонта. В качестве примера на рисунке 15.1
показана наиболее распространенная функциональная схема ре­
монта электрических машин мощностью до 100 кВт.
15.3. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Электрические машины, поступившие в ремонт, тщательно ос­
матривают, а при необходимости испытывают и разбирают с це­
лью полного выявления причин, характера и масштабов повреж­
дения. Осмотр машины, ознакомление с объемом и характером
предыдущих ремонтов и эксплуатационными журналами, а также
проведение испытаний позволяют оценить состояние всех сбо­
рочных единиц и деталей машины и определить объемы и сроки
ремонта, составить техническую документацию по ремонту, изго­
товить или заказать ремонтные приспособления и запасные части,
произвести другие необходимые работы по организационной и
технической подготовке ремонта.
Машины повреждаются чаще всего из-за недопустимо длитель­
ной работы без обслуживания и ремонта или при нарушении ре­
жима работы. Повреждения электрических машин бывают механи­
ческие и электрические.
Механические повреждения — это разрушение сепаратора, коль­
ца, шарика или ролика в подшипниках качения; деформация или
поломка вала ротора (якоря); образование глубоких выработок
(«дорожек») на поверхности коллекторов и контактных колец; ос­
лабление крепления полюсов или сердечника статора к станине,
разрыв или сползание проволочных бандажей роторов (якорей);
ослабление прессовки сердечника ротора (якоря) и др.
Электрические повреждения — это пробой изоляции на корпус;
обрыв проводников в обмотке; замыкание между витками обмот­
ки; нарушение контактов и разрушение соединений, выполнен­
ных пайкой или сваркой; недопустимое снижение сопротивления
изоляции вследствие ее старения, разрушения или увлажнения и
др. Электрослесарь по ремонту электрических машин должен хо­
рошо знать характерные признаки, а также способы выявления и
устранения различных повреждений и неисправностей, возника­
ющих в этих машинах.
Неисправности и повреждения электрических машин не всегда
удается обнаружить внешним осмотром, так как некоторые из них
(витковые замыкания в обмотках статоров, пробой изоляции на
корпус, замыкания пластин коллектора, нарушение пайки в об
мотках) носят скрытый характер, и их определяют только после
соответствующих измерений и испытаний.
О
всех обнаруженных после разборки машины неисправностях
и повреждениях делают соответствующие записи в дефектовочной
карте, на основании которых составляют маршрутную карту ре­
монта с указанием работ, подлежащих выполнению по каждой ре­
монтной единице или отдельным сборочным единицам ремонти­
руемой машины.
15.4. РАЗБОРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Порядок разборки каждой ремонтируемой электрической ма­
шины определяется ее конструкцией и необходимостью сохране­
ния имеющихся исправных частей, а степень разборки — объе­
мом и характером предстоящего ремонта. Если предварительные
осмотр и испытания позволяют судить о характере предстояще­
го ремонта электрической машины, то до начала ее разборки
проверяют наличие требуемых для ремонта материалов, изде­
лий и запасных деталей соответствующих размеров, марок и ха­
рактеристик.
Полная разборка электрической машины состоит из двух ос­
новных этапов: общей р а з б о р к и , при которой машину разби­
рают по основным сборочным единицам, и детальной р а з ­
б о р к и , при которой сборочные единицы машины разбирают по­
детально. При ремонте машин, попадающих в ремонтный цех
впервые, разборку и сборку их обычно поручают одной и той же
бригаде электрослесарей.
В процессе разборки таких машин делают пометки, упрощаю­
щие процесс сборки. Это в первую очередь относится к электри­
ческим соединениям. При их разборке на разъединяемые провода
вешают картонные бирки с буквенными или цифровыми обозна­
чениями обоих проводов. В машинах постоянного тока и синх­
ронных машинах перенумеровывают полюса с катушками и от­
мечают их положение на роторе или в станине, а также располо­
жение и количество прокладок под полюсами. Ниже приведены
описания последовательности и способов выполнения основных
операций разборки асинхронных электродвигателей, машин по­
стоянного тока и синхронных машин единых серий наиболее рас­
пространенных конструкций. Предлагаемые способы их разборки
применимы к большинству электрических машин, выпускаемых в
настоящее время и выпускавшихся ранее.
Разборку электрических машин обычно начинают с удаления
полумуфты с вала. Полумуфты, шкивы и другие соединительные
и передаточные детали нередко бывают посажены на вал на­
столько прочно (с натягом), что их можно снять только после
предварительного нагрева. Для предварительного нагрева ис­
пользуют генератор частотой 400...600 Гц и индуктор, газовые го­
релки или паяльные лампы. Практика ремонта электрических ма­
шин показала, что при достижении разности температуры нагрева
между валом машины и снимаемой деталью 100...110 °С можно де­
монтировать детали без повреждений их самих и вала, на который
они насажены.
Разборка асинхронных электрических машин мощностью до
100 кВт происходит в такой последовательности:
снимают кожух наружного вентилятора и вентилятор (у элект­
родвигателей закрытого обдуваемого исполнения);
отвертывают болты, которыми прикреплены к станине пере­
дний (расположенный со стороны, противоположной приводу) и
задний (расположенный со стороны привода) щиты, а также бол­
ты, крепящие крышку подшипников, расположенную со стороны
привода;
снимают задний щит легкими ударами молотка по надставке из
дерева, алюминия или меди;
вынимают ротор из статора, для чего подают ротор в сторону
переднего щита и выводят щит из замка; затем, поддерживая ро­
тор, выводят его из статора, стараясь не повредить лобовых частей
обмотки, вентилятора и других деталей;
снимают передний щит с подшипника ротора, насаженного на
вал, легкими ударами молотка по надставке, предварительно от­
вернув болты, крепящие подшипниковую крышку; у электродви­
гателя с контактными кольцами (АК, АК2) предварительно сни­
мают кожух контактных колец, вынимают щетки из щеткодержа­
телей, отвертывают болты, крепящие корпус кожуха контактных
колец, и снимают кожух;
снимают съемником подшипники качения с вала; у электро­
двигателей с фазным ротором предварительно снимают контакт­
ные кольца, для чего распаивают соединительные хомутики от
выводных концов, отвертывают болты, крепящие отвододержатель (при его наличии), вынимают из канавки вала стопорное
кольцо; снимают подшипники только при необходимости их за­
мены.
При съеме подшипниковых щитов машин мощностью 50 кВт и
выше щиты равномерно отводят отжимными болтами, пока они
не выйдут из центрирующей заточки станины. Если по конструк­
ции отжимные болты не предусмотрены, щиты снимают ручными
или гидравлическими приспособлениями для съема.
Выводротора из расточки статора является ответственной опе­
рацией, поскольку задевание ротора за сердечник или обмотку
статора может привести к серьезным повреждениям. Масса рото­
ров отдельных машин достигает нескольких сотен килограммов,
поэтому до начала вывода ротора необходимо проверять подъем­
ные приспособления, а работу по выводу ротора выполнять при
строгом соблюдении правил техники безопасности. Вынимают
роторы и якори машин малой мощности вручную (без использо­
вания каких-либо приспособлений).
Снятие подшипников качения с вала осуществляют с помощью
съемников. При съеме следует принять меры предосторожности,
исключающие повреждение самого подшипника и вала машины.
У большинства электрических машин посадка подшипника на вал
выполнена с натягом его внутреннего кольца, поэтому усилие при
снятии подшипника должно прикладываться к торцу этого коль­
ца. Подшипники, насаженные на вал с большим натягом и не
поддающиеся съему ручными съемниками, демонтируют с помо­
щью гидравлического съемника.
Снятие контактных колец с вала фазного ротора осуществляют
(после отсоединения от них выводов обмотки) с помощью съем­
ников.
Снятие вентилятора с вала осуществляют при необходимости
ремонта или замены вентилятора, вала или обмотки. Снимают
вентилятор обычными съемниками. При посадке втулки вентиля­
тора с натягом ее предварительно подогревают.
Выпрессовку вала из сердечника ротора (якоря) выполняют при
необходимости перешихтовки сердечника, ремонта или замены
вала. Эта операция, требующая больших усилий, осуществляется с
помощью гидравлических прессов или домкратов. При выпрес­
совке вала необходимо соблюдать следующие требования:
опорная поверхность пресса должна быть строго перпендику­
лярна оси вала;
направление усилия, создаваемого прессом, должно быть со­
вмещено с осью вала;
давление на сердечник с чугунными нажимными шайбами дол­
жно передаваться через сменную опорную втулку.
Выпрессовку подшипников скольжения из корпуса проводят с по­
мощью вертикального пресса в случае замены, а чаще всего при
необходимости перезаливки вкладышей. Подшипники электри­
ческих машин небольшой мощности выпрессовывают ударами
молотка по деревянной надставке, стараясь не повредить корпус
подшипника. Подшипники качения и скольжения, вентилятор,
вал и другие детали механической части машины очищают, про­
мывают синтетическими моющими средствами и обтирают чисты­
ми салфетками или ветошью.
Детали электрической части машины тщательно очищают от
пыли, грязи и смазочного масла. При необходимости промывки
обмоток их обдувают сжатым воздухом, обтирают, а затем промы­
вают синтетическими моющими жидкостями, наносимыми на
обмотку с помощью пульверизатора. Все очищенные и пригодные
для повторного использования детали электрических машин мар­
кируют и сохраняют, а неисправные отправляют в отделения
электроремонтного цеха для ремонта, восстановления или изго­
товления новых деталей.
Существуют следующие способы удаления старой обмотки
электродвигателей: механический, термомеханический, термохи­
мический, химический и электромагнитный. Рассмотрим их более
подробно.
При механическом способе проводят обрезку лобовых соедине­
ний. Для этого статор устанавливают на станок для обрезки так,
чтобы схема соединения была со стороны режущего инструмен­
та. При обрезке нельзя допускать задевания режущего инстру­
мента за активную сталь пакета статора. После обрезки статор
подают на стол для удаления обмотки. Ее удаляют при помощи
крюков. Можно отметить следующие недостатки этого способа:
трудоемкость, дополнительные затраты времени на чистку пазов
статора.
При термомеханическом способе, получившем наибольшее рас­
пространение, сначала обмотку отжигают при высокой температу­
ре, а затем удаляют ее, используя механический способ. Отжиг ре­
комендуется проводить при температуре 280...400 °С в течение
4...6 ч. При этом меньшая температура относится к двигателям с
алюминиевым корпусом, а большая — к двигателям с чугунными
корпусами. Корпуса двигателей рекомендуется охлаждать совмес­
тно с печью до 80...90 “С (120...150'С — для двигателей с алюми­
ниевыми корпусами). При температурю 280 °С изоляция только
размягчается, и поэтому обмотки рекомендуется удалять по час­
тям. После удаления обмотки корпуса двигателей охлаждают на
воздухе.
Часто на ремонтных предприятиях АПК используют печи соб­
ственной конструкции. При этом статор охлаждают на воздухе
или принудительно вместе с отключенной печью. Все это может
привести к тому, что скорость охлаждения статора будет колебать­
ся в широких пределах и появляется опасность в одном случае —
снижения пропускной способности печи, а в другом — ухудшения
магнитных характеристик стали статора. Последнее возможно при
резком охлаждении статора, в результате которого происходит ко­
лебание листов пакета стали и появляются механические напря­
жения.
Методики высоко- и низкотемпературного отжига были разра­
ботаны в Челябинске и заключаются в следующем.
При низкотемпературном отжиге в течение часа температуру в
печи повышают до 400 *С. Затем статоры выдерживают при этой
температуре в течение 5,5...7 ч при охлаждении на воздухе. Если
применяют ускоренное охлаждение, то статоры выдерживают
при температуре 400 *С в течение 4,5...5,5 ч. После окончания от­
жига приступают к охлаждению статоров. Их охлаждают на от­
крытом воздухе в течение часа. Для того чтобы ускорить процесс
охлаждения статоров, их обдувают теплым воздухом. Минималь-
ные потери в стали наблюдают при
\
у2 отжиге в окислительнои среде при
температуре 900 °С и времени выдерз жки 0,25...0,50 ч. При минимальном
доступе воздуха в среду отжига наилучшие характеристики получают при
температуре 800 “С и времени 2 ч.
Дальнейшее увеличение времени вы­
держки в бескислородной среде при­
водит к увеличению потерь.
При высокотемпературном отжиге
Рис. 15.2. Принципиальная схе­
ма установки для удаления об­
отпадает необходимость в дополни­
мотки электромагнитным спосо­
тельной чистке пазов. Производитель­
бом:
ность отжига увеличивается в 12 раз, а
1—статоры
электродвигателей;
расход энергии снижается в 4...5 раз.
2 — съемный стержень магнито­
провода; 3 — магнитопровод; 4—
При этом увеличивается КПД двигате­
первичная обмотка установки
ля на 1... 1,5 %. К недостаткам высоко­
температурного отжига следует отнес­
ти то, что после 3...4 выжигов нарушается тугая посадка между
корпусом и пакетом стали, ослабляется прессовка пакета стали.
Отжиг в расплаве солей (каустической соды, щелочи) проводят
при температуре 300 °С (для электродвигателей с алюминиевыми
корпусами) и 480 °С (для электродвигателей с чугунными корпуса­
ми) в течение нескольких минут без доступа воздуха.
При химическом способе удаления обмотки статоры опускают в
емкость с жидкостью МЖ-70. Эта жидкость очень токсичная и ле­
тучая, поэтому емкость для нее должна быть герметичной.
При термохимическом способе в 10%-ный раствор каустической
соды или щелочи, разогретый до температуры 80... 100 °С, опускают
статоры электродвигателей с обмотками, пропитанными масляно­
битумными лаками, и выдерживают там в течение 8...10 ч.
Электромагнитный способ. Статор электродвигателя нагревается
за счет потерь в стали. Изготавливают трансформатор со съемным
якорем, на незаменяемый стержень наматывают обмотку, а на за­
меняемый стержень надевают несколько статоров (рис. 15.2). При
этом между стержнем и статором расстояние должно быть не бо­
лее 5 мм. Достоинством этого способа является то, что можно ре­
гулировать температуру нагрева путем изменения подводимого
напряжения.
15.6. ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА ВСЫПНЫХ ОБМОТОК
Многолетняя практика эксплуатации отремонтированных
электрических машин с частично замененными обмотками пока­
зала, что они, как правило, выходят из строя после непродолжи­
тельного времени работы. Вызвано это рядом причин, в том числе
нарушением при ремонте целостности изоляции неповрежденной
части обмоток, а также несоответствием качества и срока службы
изоляции новой и старой частей обмоток. При ремонте электри­
ческих машин с поврежденными обмотками наиболее целесооб­
разна замена всей обмотки с полным или частичным использова­
нием ее проводов. Поэтому в настоящем разделе приведено опи­
сание ремонтов, при которых поврежденные всыпные обмотки
статоров, роторов и якорей заменяют полностью вновь изготов­
ленными на ремонтном предприятии.
Изготовление всыпных обмоток начинают с заготовки отдель­
ных катушек на шаблоне. Для правильного выбора размера шаб­
лона необходимо знать основные размеры катушек, главным обра­
зом их прямолинейной и лобовой частей. Размеры катушек об­
мотки ремонтируемых машин могут быть определены замером
старой обмотки.
Намотка катушек. Катушки всыпных обмоток наматывают на
простых или универсальных шаблонах с ручным или механичес­
ким приводом. Ручная намотка катушек на простом шаблоне
требует больших затрат труда и времени. Чтобы ускорить про­
цесс намотки, а также уменьшить количество паек и соединений,
применяют механизированную намотку катушек на станках со
специальными шарнирными шаблонами, позволяющими после­
довательно наматывать все катушки, приходящиеся на одну кату­
шечную группу или всю фазу.
Перед намоткой катушек или катушечных групп следует тща­
тельно ознакомиться с обмоточно-расчетной запиской ремонти­
руемой электрической машины, в которой указаны: мощность,
номинальное напряжение и частота вращения ротора электричес­
кой машины; тип и конструктивные особенности обмотки; число
витков в катушке и проводов в каждом витке; марка и диаметр об­
моточного провода; шаг обмотки; количество параллельных вет­
вей в фазе; число катушек в группе; порядок чередования кату­
шек; класс применяемой изоляции по нагревостойкости, а также
различные сведения, относящиеся к конструкции и способу изго­
товления обмотки.
Нередко при ремонте обмоток двигателей приходится заменять
отсутствующие провода требуемых марок и сечений имеющимися
проводами. По этим же причинам намотку катушки одним прово­
дом заменяют намоткой двумя (и более) параллельными провода­
ми, суммарное сечение которых эквивалентно требуемому. При
замене проводов обмоток ремонтируемых электродвигателей
предварительно (до намотки катушек) проверяют коэффициент
заполнения паза, который должен соответствовать значению, ис­
пользуемому при расчете обмотки.
Расклиновка обмотки. Провода обмотки, лежащие в пазу, долж­
ны прочно удерживаться в нем, для чего применяют пазовые кли­
нья, изготовляемые главным образом из сухого бука или березы.
Клинья делают также из различных изоляционных материалов со­
ответствующей толщины, например из пластмассы, текстолита или
гетинакса, и изготовляют на специальных станках. Длина клина
должна быть больше длины сердечника статора на 10... 15 мм и рав­
на или на 2...3 мм меньше длины пазовой изоляции. Толщина кли­
на зависит от формы верхней части паза и его заполнения. Дере­
вянные клинья должны быть толщиной не менее 2 мм. Чтобы при­
дать деревянным клиньям влагостойкость, их проваривают 3...4 ч в
олифе при 120...140 °С, а затем сушат 8...10 ч при 100...110 °С.
Сборка схемы обмотки. Окончив укладку катушек в пазы и расклиновку обмотки, собирают схему. Если фаза обмотки намотана
отдельными катушками, сборку схемы начинают с последователь­
ного соединения катушек в катушечные группы. За начала фазы
принимают выводы катушечных групп, выходящие из пазов, кото­
рые расположены вблизи выводного щитка. Эти выводы отгибают
к корпусу и предварительно соединяют катушечные группы каж­
дой фазы, скручивая зачищенные от изоляции концы проводов
катушечных групп.
Проверка сборки схемы. После сборки схемы обмотки проверя­
ют электрическую прочность изоляции между фазами и на корпус
путем приложения напряжения, а также правильность соединения
схемы. Для проверки сборки схемы используют самый простой
способ — кратковременно подключают статор к сети 127 или 220 В,
а затем к поверхности его расточки прикладывают стальной ша­
рик (от шарикоподшипника) и отпускают его. Если шарик враща­
ется по окружности расточки — схема собрана верно. Эту провер­
ку можно провести также с помощью вертушки.
Для проверки правильности сборки схемы и отсутствия витковых замыканий в обмотках ремонтируемых машин применяют ап­
парат типа ЕЛ, который служит также для нахождения паза с ко­
роткозамкнутыми витками в обмотках статоров, роторов и якорей,
проверки правильности соединения обмоток по схеме и марки­
ровки выводных концов фазных обмоток машин. Он обладает вы­
сокой чувствительностью, позволяющей выявлять наличие одного
короткозамкнутого витка на каждые 2000 витков.
15.7. РЕМОНТ СЕРДЕЧНИКОВ, ВАЛОВ, ВЕНТИЛЯТОРОВ И СТАНИН
Сердечники — базовая часть электрических машин. Листы па­
кетов сердечников изготовляют из специальной электротехничес­
кой стали, обладающей благодаря присадке кремния низкими
удельными потерями. Для уменьшения потерь на вихревые токи
пакеты сердечников статоров, роторов и якорей набирают из от­
дельных изолированных листов электротехнической стали толщи­
ной 0,5 мм. Сердечники — магнитопроводы, в их пазах размещают
и укрепляют обмотки.
При длительной работе электрических машин возникают чаще
всего следующие н е и с п р а в н о с т и с е р д е ч н и к о в : ослабле­
ние прессовки пакетов и посадки пакетов стали; распушение
крайних (торцевых) пакетов стали (образование «веера»); оплавле­
ние отдельных участков стали и нарушение межлистовой изоля­
ции. Эта неисправности устраняют ремонтом.
Ослабление прессовки пакетов происходит преимущественно в
сердечниках электрических машин старых конструкций, у кото­
рых листы стали изолированы тонкой (папиросной) бумагой.
При разборке машины перед ремонтом и осмотре состояния
активной стали ослабленную прессовку выявляют наличием ржа­
вых пятен на ее поверхности. Ржавые пятна появляются только на
участках с пониженной прессовкой. Они результат так называе­
мой контактной коррозии, которой подвержены поверхности
стальных листов и деталей, перемещающихся одна относительно
другой.
Ослабление прессовки вызывает специфический шум, а иногда
и вибрацию машины. Вибрация машины и отдельных листов сер­
дечника приводит к разрушению межлистовой изоляции и полом­
ке незажатых стальных листов, смежных с вентиляционными ка­
налами. Отломанные часта зубцов могут повредить изоляцию и
активную сталь статора. Значительная вибрация стали в зубцовой
зоне представляет особую опасность для изоляции обмотки ротора
и статора, поскольку может вызвать истирание ее в местах, приле­
гающих к вибрирующим участкам. Чрезмерная прессовка сердеч­
ника также нежелательна, так как при этом возрастают механи­
ческие напряжения в крепежных деталях и устройствах, что может
вызвать их деформацию и поломку. Степень прессовки определя­
ют (приближенно) с помощью контрольного ножа с лезвием тол­
щиной 0,1...0,2 мм. При удовлетворительной запрессовке стали
лезвие ножа при сильном нажатии рукой не должно входить меж­
ду листами более чем на 1...3 мм.
Ослабление прессовки чаще всего наблюдают в зубцовой зоне
роторов и статоров, поэтому в места с ослабленной прессовкой
достаточно плотно забить текстолитовые или гетанаксовые уплот­
няющие клинья, размеры которых соответствуют размерам зубца.
При забивке клинья заглубляют на 2...3 мм ниже поверхности ста­
ли. Во избежание выпадания клинья предварительно покрывают
клеящим лаком или клеем БФ-2 и отгибают на них края смежных
листов стали. После забивки уплотняющих клиньев соответствую­
щий участок сердечника покрывают масляно-битумным лаком
БТ-99 воздушной сушки.
Прессовка листов стали может быть ослаблена не только на
отдельных участках, но и во всем сердечнике ротора или якоря.
В этом случае удаляют нажимную плиту сердечника, удерживае­
мую сваркой или закладными шпонками, устанавливают в торце
сердечника листы текстолита или асбеста, вырезанные по форме
листов стали, вновь накладывают нажимную шайбу, прессуют сер­
дечник и закрепляют шайбу.
Распушение торцевых пакетов стали. Ремонт торцевых пакетов
роторов и якорей, зубцы которых расходятся как «веер», проводят
преимущественно установкой дополнительной зажимной шайбы с
зубцами.
Оплавление отдельных участков стали. При повреждении обмо­
ток, а также при попадании в расточку посторонних металличес­
ких предметов нередко оказываются оплавленными небольшие
участки активной стали сердечника. Повреждение устраняют ре­
монтом, при котором вырубают участок поврежденных оплавле­
нием листов стали так, чтобы не было сплавленных между собой
листов, а затем вливают в образовавшуюся щель лак БТ-99, закла­
дывают между листами пластинки из слюды толщиной 0,05 мм и
покрывают лаком БТ-99.
Валы. Повреждение валов — явление довольно частое в практи­
ке эксплуатации электрических машин. Повреждаются преиму.щественно валы электрических машин, работающих часто при не­
допустимых перегрузках. Причинами их повреждений могут быть
повышенная вибрация машины, вызванная нарушением сооснос­
ти ее вала с валом приводимого в движение агрегата, проседание
вала вследствие износа слоя баббита в подшипниках скольжения и
др. Для валов электрических машин наиболее характерны следую­
щие виды по вреждений: износ посадочных поверхностей
шеек валов, искривление и поломка.
Повреждения посадочных поверхностей валов под сопряженными
деталями (вмятины, забоины, задиры) составляют свыше 50 % об­
щего числа повреждений валов ремонтируемых электрических ма­
шин. Они возникают из-за частых съемов и посадок различных
деталей и делают вал непригодным для нормальной посадки на
его посадочной поверхности многих передаточных и соединитель­
ных деталей, в первую очередь подшипников и полумуфт.
Дефекты на посадочных поверхностях вызывают нарушение
концентричности и перпендикулярности посадки насаживаемых
деталей, что приводит к появлению биения, вибрации двигателя,
быстрому износу посадочных поверхностей под подшипники ка­
чения и резкому сокращению срока их службы. Поэтому дефекты
валов надо устранять своевременно, при первом же ремонте элек­
трической машины.
Для устранения дефектов посадочных поверхностей валов при­
меняют ш л и ф о в к у , э л е к т р о н а п л а в к у металла и м е ­
та ллиз а цию.
Если общая площадь вмятин, забоин и задиров не превышает
20 % посадочной поверхности, выступающие места следует сошлифовать на шлифовальном или токарном станке (шлифоваль­
ным прибором) или аккуратно сточить острым резцом, а затем
зашлифовать шлифовальной шкуркой.
При площади вмятин, забоин или задиров более 20 % посадоч­
ной поверхности снятие выступающих мест нецелесообразно изза сильного уменьшения площади посадки. В этом случае приме­
няют: переточку вала на меньший диаметр, электронаплавку слоя
металла с последующей обработкой его до требуемого размера на
токарном станке или наращивание на дефектной поверхности
слоя металла способом металлизации с последующей обработкой.
П е р е т о ч к а вала на меньший диаметр — наиболее простой
способ ремонта поврежденных посадочных поверхностей вала. Но
он вызывает ряд нежелательных последствий, в том числе умень­
шение прочности вала, необходимость изменения размеров поса­
дочных поверхностей у вала и у насаживаемых на него деталей,
невозможность подгона диаметра вала под стандартный размер.
Последнее важно с точки зрения унификации размеров валов и
сопрягаемых с ними деталей. Диаметр цилиндрического конца
вала допустимо уменьшать на 4...6 % первоначального диаметра с
наиболее нагруженной стороны и до 7... 10 % на малонагруженных
участках (со стороны коллектора, контактных колец). Однако при
уменьшении диаметра вала на 5 % снижается его прочность на
15 %, а при уменьшении диаметра на 10 % — почти на 30 %.
Наиболее эффективные способы ремонта поврежденных поса­
дочных поверхностей валов — э л е к т р о н а п л а в к а металла и
нанесение его с п о с о б о м металлизации. Затраты на изго­
товление нового вала для электрических машин мощностью до
100 кВт сравнительно невелики. Сложные и дорогие операции —
это выпрессовка поврежденного и запрессовка нового вала.
Искривление валов. Искривляются (деформируются) чаще всего
валы электрических машин мощностью до 60 кВт с частотой вра­
щения 1500...3000 мин-1. Правку искривленного вала осуществля­
ют с помощью валоправочного стенда в несколько приемов. Слабо
искривленный вал можно выправить с точностью до 0,05 мм на
1000 мм его длины. Правка валов значительно облегчается при от­
сутствии насаженных деталей.
Поломка валов. У электрических машин старых конструкций
валы ломаются довольно часто, поскольку при их расчете, изго­
товлении и ремонте не всегда учитывают явления усталости ме­
талла. Причиной поломки могут быть также безрадиусные перехо­
ды от одного диаметра вала к другому. Поломка вала чаще всего
происходит на той его ступени, на которую насаживают шкив или
муфту. Сломанный вал восстанавливают п р и в а р к о й надстав­
ки или н а п р е с с о в к о й отломившейся части вала.
Вентиляторы. Длительная нормальная работа электрической
машины в значительной мере зависит от интенсивности отвода
теплоты от его нагревающих частей. Условия охлаждения опреде­
ляют нагрузочную способность машины, поскольку повышение
температуры нагрева обмоток и других ее частей сверх нормы —
главная причина, ограничивающая мощность машины при дли-
тельных и кратковременных нагрузках. Чрезмерные нагревы и
большие перепады температуры между отдельными частями ма­
шины — основные причины старения и повреждения изоляции.
Охлаждение электрических машин осуществляют литыми, клепа­
ными или сварными вентиляторами.
Вентиляторы, литые из алюминиевых сплавов, надежнее кле­
паных, поскольку у них переходы от диска к лопастям скруглены
и поэтому обладают повышенной прочностью. Повреждение ли­
того вентилятора происходит не в процессе работы, а чаще всего
из-за небрежного обращения при разборке и сборке машины во
время ремонта. У клепаных вентиляторов наиболее частой причи­
ной выхода из строя является нарушение прочности клепочных
соединений в результате действия на лопасти вибрационных на­
грузок. При ремонте клепаных вентиляторов повреждение устра­
няют дополнительным привариванием лопастей.
Отремонтированные и особенно вновь изготовленные венти­
ляторы, прежде чем насадить на вал ротора (якоря), проверяют
на отсутствие сверхдопустимого биения в осевом и радиальном
направлениях. При ремонте и замене вентилятора его центр тя­
жести может сместиться с оси вращения, вследствие чего нару­
шится балансировка ротора и машина при работе будет вибриро­
вать. Причиной смещения центра тяжести может быть различная
толщина стенок литых вентиляторов, неодинаковая толщина
стальных листов и лопастей клепаных вентиляторов или различ­
ная высота сварных швов в сварных вентиляторах. Перед уста­
новкой вентилятора на ротор его балансируют. Отремонтирован­
ные и вновь изготовленные вентиляторы защищают от коррозии,
покрывая предварительно очищенную их поверхность двумя сло­
ями лака.
Станины и подшипниковые щиты. Ремонт станин и подшипни­
ковых щитов заключается в заварке трещин, приварке отломан­
ных деталей и восстановлении изношенных посадочных поверх­
ностей.
Трещины в чугуне заваривают биметаллическими электродами и
преимущественно в горячем состоянии ацетиленокислородным
пламенем. Детали разогревают в печи до 700...800 °С, заваривают
трещину и дают ей медленно остыть вместе с печью в течение
1...3 сут (в зависимости от размеров и массы детали). Если толщи­
на треснувшей стенки больше 5 мм, перед сваркой скашивают ее
кромки по всей длине трещины ручным или пневматическим зу­
билом под углом 45...60‘. Начало и конец трещины засверливают,
чтобы она не увеличивалась. Трещины в чугуне можно заваривать
и в холодном состоянии медным или биметаллическим электро­
дом, а также сваркой стальным электродом стальных шпилек,
ввернутых в чугун на резьбе.
В связи с внедрением единых серий электрических машин
объем ремонта механических деталей сократился. Число разно­
видностей подшипниковых щитов и крышек подшипников в еди­
ных сериях сократилось во много раз, что позволяет электроремонтным заводам заменять большинство поврежденных деталей
новыми, полученными с завода-изготовителя или выполненными
по его чертежам, а это упрощает процесс ремонта и повышает его
качество.
Изношенные посадочные поверхности подшипниковых щитов чаще
всего приходится восстанавливать в местах посадки подшипников
качения. Используют метод р а с т о ч к и . Подшипниковый щит
растачивают до большего диаметра и запрессовывают в него сталь­
ную втулку, которую затем растачивают до требуемого размера.
Если невозможно расточить место посадки подшипника в под­
шипниковом щите до требуемого размера, изношенные посадоч­
ные поверхности восстанавливаютметодом металлизации.
В подобных случаях при ремонте для увеличения диаметра под­
шипника до размера расточки в подшипниковом щите иногда
прибегают к методу н а п л а в к и на его наружное кольцо слоя
металла необходимой толщины, однако пользоваться этим спосо­
бом не рекомендуется, поскольку при неумелом его выполнении
можно повредить дорогостоящий подшипник.
В станинах рекомендуемых электрических машин нередко бы­
вает повреждение резьбы отверстий, в которые ввертывают болты,
крепящие подшипниковый щит к станине машины. При срыве
резьбы в отверстии станины его рассверливают, увеличивая диа­
метр, а затем нарезают и ввертывают в него резьбовую пробку с
внутренней резьбой требуемого диаметра и шага.
Подшипники — важнейшие детали всякой электрической ма­
шины. Работа подшипников происходит в тяжелых условиях
вследствие перегревов, значительных нагрузок и трещин, а также
электрической эрозии и возникновения одностороннего притяже­
ния при смещении ротора относительно геометрической оси ма­
шины.
В электрических машинах применяют конструктивно отлича­
ющиеся друг от друга подшипники двух видов: качения и сколь­
жения. В современных машинах используют главным образом
шариковые и роликовые подшипники качения, которые просты
в эксплуатации, износоустойчивы и легко заменяемы при по­
вреждении. Подшипники скольжения, применявшиеся в маши­
нах старых конструкций, используют сейчас в современных круп­
ных электрических машинах, а также при необходимости работы
машин с низким уровнем производимого шума.
При поступлении в ремонт электрических машин с подшипни­
ками качения (шариковыми или роликовыми) проверяют только
их состояние и степень износа. В процессе ремонта электрической
машины с подшипниками качения обычно ограничиваются ос­
мотром и промывкой подшипников и закладкой в них новой пор­
ции смазки или их заменой.
Однако нередко у подшипников качения оказываются повреж­
денными поверхности шариков или роликов и дорожек качения.
Повреждение выражается в износе или усталостном выкрашива­
нии металла. Износ дорожек качения подшипников вызывается
абразивным истиранием вследствие попадания в него мелких
твердых частиц. Рабочая поверхность таких подшипников прини­
мает характерный матовый оттенок. Усталостное выкрашивание
металла на дорожках качения и поверхностях шариков или роли­
ков происходит также из-за работы в ненормальном режиме на­
грузки или в течение недопустимого для данного подшипника
длительного времени. Степень износа подшипников качения оп­
ределяют измерением радиальных и аксиальных (осевых) зазо­
ров. В том случае, когда степень износа превышает допустимые
нормы [1], подшипники заменяют на новые.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие требования необходимо соблюдать при ремонте электрических ма­
шин? 2. Опишите схему технологического процесса ремонта электрических ма­
шин. 3. Какие повреждения электрических машин относят к механическим, а ка­
кие к электрическим? 4. Какие операции по выявлению неисправностей относят
к предремонтным? 5. Опишите порядок разборки и сборки электрических машин.
6 . Как и какими способами можно удалить старую обмотку электрической маши­
ны? 7. Опишите технологию ремонта обмоток. 8. Как можно отремонтировать сер­
дечник статора или ротора? 9. Какие неисправности сердечников статора или ро­
тора вы знаете? 10. Расскажите о методике ремонта валов электрических машин.
Г л а в а 16
ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
16.1. СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
РЕМОНТА ТРАНСФОРМАТОРА
Наиболее уязвимая и часто повреждающаяся часть трансфор­
матора — его обмотки ВН и реже НН. Повреждения чаще всего
возникают вследствие снижения электрической прочности изоля­
ции на каком-либо участке обмотки.
В трансформаторах могут повреждаться также вводы, переклю­
чатели, крышка и другие детали. Примерное соотношение по­
вреждений отдельных частей трансформатора следующее:
обмотки и токопроводящие части — 53 %;
вводы — 18%;
переключатели — 12%;
все остальные части, взятые вместе, — 17 %.
Исследования причин аварийных выходов трансформаторов из
строя показали, что обычно аварии происходят из-за неудовлетво­
рительного обслуживания и низкого качества ремонта.
Трансформатор с поврежденными обмотками или другими его
частями подлежит немедленному выводу из работы и ремонту. На
предприятии составляют приемосдаточный акт с приложением
ведомости дефектов и оформляют заказ. В документах записывают
номер заказа, паспортные данные, требования заказчика, резуль­
таты внешнего осмотра, проверочных испытании и измерении.
Все дефекты, обнаруженные в дальнейшем процессе разборки
трансформатора, также заносят в ведомость дефектов. По этим
данным определяют объем ремонтных работ.
Наиболее распространенная в электроремонтных цехах большин­
ства предприятий технологическая схема ремонта трехфазных транс­
форматоров с масляным охлаждением показана на рисунке 16.1.
В соответствии с этой схемой поврежденный трансформатор,
находящийся на складе неисправных трансформаторов, поступает
в дефектационно-подготовительное отделение, состоящее из трех
участков — разборки и мойки, диагностики обмоток и механичес­
кой части трансформатора. На разборочном участке трансформа­
тор очищают, сливают масло из его расширителя, бака и маслона­
полненных вводов, а затем, убедившись из записей в сопроводи­
тельных документах и из
предварительных испытаний
в неисправности трансфор­
матора, переходят к его раз­ Склад неисправных
Склад отремонти­
рованных
борке.
трансформаторов
трансформаторов
Комплекс работ по выяв­
лению характера и степени
1
1
|Проверка и испытания]
повреждения отдельных ча­
Осмотр,
диагностика и
стей трансформатора назы­
разборка
вают диагностикой. Работа
*
трансформатора
1Маслохозяйство 1
по диагностике — наиболее от­
ветственный этап ремонта, на
Сборка и заливка
котором определяют действи­
маслом
тельный характер и размеры Ремонт
Ремонт
и
Ремонт
повреждений, а также объем механи­
Комплек-1
изготов­
магнито­
предстоящего ремонта и по­ ческой провода
талия
ление
обмоток
требность в ремонтных мате­
части
риалах и оснастке. Поэтому
проводящий диагностику дол­
Сушильное
жен хорошо знать не только
отделение
признаки и причины неисп­
равности, но и способы их
безошибочного выявления и
устранения. Характерные не­
исправности силовых транс­
форматоров и возможные Рис. 16.1. Технологическая схема ремонта
причины их возникновения силовых трансформаторов с масляным охлаж­
приведены в таблице 16.1.
дением
16.1. Характерные неисправности силовых трансформаторов
и возможные причины их возникновения
Элемент
трансформатора
Обмотки
Витковое замыкание
Замыкание на кор­
пус (пробой), межфазное короткое за­
мыкание
Обрыв цепи
Переключатели Отсутствие контакта
регулирования
напряжения
Оплавление контак­
тной поверхности
Вводы
Электрический про­
бой (перекрытие) на
корпус
Причина неисправности
Естественное старение изоляции; систе­
матические перегрузки трансформатора;
динамические усилия при сквозных ко­
ротких замыканиях
Старение изоляции; увлажнение масла
или понижение его уровня
Внутренние и внешние перенапряжения;
деформация обмоток вследствие прохож­
дения больших токов короткого замыка­
ния
Оггорание отводов (выводных концов)
обмотки из-за низкого качества соедине­
ния или электродинамических усилий
при коротком замыкании
Нарушение регулировки переключающе­
го устройства
Термическое воздействие на контакт то­
ков короткого замыкания
Трещины в изоляторах ввода; понижение
уровня масла в трансформаторе при одно­
временном загрязнении внутренней по­
верхности изоляторов
Магнитолровод «Пожар стали»
Нарушение изоляции между отдельными
листами стали или стяжными болтами;
слабая прессовка стали магнитопровода;
образование короткозамкнутого контура
при выполнении заземления магнитопро­
вода со стороны обмоток ВН и Н Н
Бак и арматура Течь масла из свар­
ных швов, фланцев
и т ан а
Нарушение целостности сварного шва,
плотности соединений, плохой пригертосги пробки пробкового крана, поврежде­
ние его прокладки в месте соединения с
фланцем
Повреждения внешних деталей трансформатора (расширителя,
бака, арматуры, наружной части вводов, пробивного предохрани­
теля) можно выявить тщательными осмотрами, а внутренних дета­
лей— различными испытаниями. Однако результаты испытаний
не всегда позволяют точно установить действительный характер
повреждений, поскольку любое отклонение от нормы, выявлен­
ное в результате испытаний (например, повышенный ток холосто­
го хода), может быть вызвано различными причинами, в том числе
витковым замыканием в обмотке, наличием замкнутого контура
тока через стяжные болты и прессующие детали, неправильным
включением параллельных обмоток и др. Поэтому в процессе ди­
агностики, как правило, разбирают трансформатор и при необхо­
димости поднимают активную часть, что позволяет не только точ­
но установить причины, характер и масштабы повреждений, но и
определить требуемые для ремонта трансформатора материалы,
инструменты и приспособления, а также время.
16.2. РАЗБОРКА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
Последовательность выполнения операций разборки в каждом
случае зависит от конструкции трансформатора, подлежащего ре­
монту. В ремонт поступают современные трансформаторы отече­
ственного производства, отличающиеся по мощности и конструк­
тивному исполнению, и трансформаторы выпуска прежних лет, а
также выпускавшиеся в прошлом и поставляемые в настоящее
время зарубежными фирмами, поэтому рекомендовать какуюлибо единую технологическую последовательность выполнения
операций разборки и ремонта всех поступающих трансформато­
ров невозможно.
Перед разборкой проверяют комплектность поступившего в
ремонт трансформатора (должны быть в наличии все сборочные
единицы и детали, полагающиеся для данной конструкции), а
также соединение его наружных частей, целостность сварочных
швов и соединений, отсутствие течи масла из фланцевых соедине­
ний арматуры с баком.
Первый этап разборки. Разборку начинают с демонтажа газового
реле, термометра, расширителя, предохранительной трубы и других
устройств и деталей, расположенных на крышке трансформатора.
Удалив реле, предохранительную трубу и расширитель, про­
должают разборку, переходя к демонтажу крышки трансформато­
ра, который проводят с соблюдением мер предосторожности, ис­
ключающих повреждение фарфоровых деталей вводов обмоток
ВН и НН. Болты, снятые со всего периметра крышки, вместе с
надетыми на них шайбами и навернутыми на их резьбу гайками
промывают, покрывают антикоррозионной смазкой и, уложив в
ящики, хранят для повторного использования при сборке транс­
форматора.
Освобожденную от болтов крышку стропят за подъемные
рымы, навернутые на выступающие из крышки резьбовые концы
подъемных шпилек, закрепленных на ярмовых балках верхнего
ярма магнитопровода. Трансформаторы мощностью до 400 кВ ■А
имеют обычно два подъемных рыма, большей мощности — четы­
ре. Для подъема активной части применяют специальные приспо­
собления и стропы, рассчитанные на массу поднимаемого груза и
прошедшие необходимые испытания. При демонтаже радиаторов
и других крупных деталей трансформатора наружной установки в
качестве подъемного механизма