Эксплуатационные свойства энергооборудования

Лекция 1. Основные понятия и определения теории эксплуатации

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

При этом выделяют два взаимосвязанных вида эксплу­атации: производственную и техническую.

Производственная эксплуатация - процесс использования оборудования по своему назначению, в результате которого различные виды энергии преобразуются в другие виды. В этом процессе участвует не только электротехнический персонал, но и персонал, обслуживающий технологические объекты (в кормо­цехе - оператор, на насосной станции - дежурный и т. п.). Ре­зультатом (продукцией процесса использования) служит преоб­разованная и переданная сельскохозяйственному технологиче­скому объекту энергия.

Техническая эксплуатация - это процесс обеспечения и под­держания требуемого состояния оборудования при использова­нии или хранении. Техническую эксплуатацию осуществляют специалисты энергетической службы сельскохозяйственного предприятия. Результат (продукция) технической эксплуатации -эксплуатационная надежность энергооборудования.

В дальнейшем для удобства изложения материала процессы производственной эксплуатации именуются использованием, а процессы технической эксплуатации - обслуживанием. \

Цель эксплуатации состоит в обеспечении эффективной работы электрифицированных тех­нологических объектов за счет поддержания требуемой надеж­ности и рационального использования энергооборудования.

На достижение требуемого качества эксплуатации электро­оборудования основное влияние оказывают: источник электро­снабжения, определяющий качество электроэнергии; эксплуата­ционные свойства используемого электрооборудования, харак­теризующие его пригодность к эксплуатации; технологический обьект, определяющий режимы использования и условия окру­жающей среды; служба эксплуатации, от которой зависит каче­ство обслуживания, ремонта и других работ по обеспечению на­дежности энергооборудования.

Источник - это электрооборудование системы сельского электроснабжения.

 

Рис. 5.1. Упрощенная схема производственной системы

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

Технологический объект - это любая электрифицированная машина, установка, поточно-технологическая линия и другая сельскохозяйственная техника.

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

 

Рис. 5.2. Обобщенная схема системы И-Э-Т-С

Эффективность эксплуатации. В общем случае под эффек­тивностью понимают успешность выполнения поставленной задачи или достижения определенной цели. Для измерения эф­фективности принимают некоторые характеристики изучаемой системы в качестве критериев эффективности.

I Принято считать, что вариант решения, для которого крите­рий имеет наименьшее из возможных значений, наиболее эффек­тивен. Эксплуатация электрооборудования, при которой потреб­ность производственного процесса в энергии удовлетворяется пол­ностью при наименьших приведенных удельных затратах, называ­ется оптимальной по удельным затратам.

Условия эксплуатации - это совокупность всех внешних фак­торов, от которых зависит эффективность эксплуатации обору­дования. К ним относятся условия: использования, окружающей среды, электроснабжения и обслуживания.

Условия использования зависят от особенностей технологичес­кого объекта. Их определяют режимом работы, характером и уровнем нагрузки, занятостью в течение суток, месяца и года, а также ответственностью объекта, которая характеризуется раз­мером технологического ущерба, возникающего при отказе энергооборудования.

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

Условия электроснабжения оценивают влияние источника электроэнергии на надежность и процессы работы энергообору дования. Они характеризуются качеством напряжения в устано­вившемся и пусковом режимах, потерями энергии в системе ее передачи и распределения, а также удельными замыкающими затратами на электроэнергию.

Условия обслуживания дают сведения о качестве технического обслуживания, текущего и капитального ремонтов, оперативно­сти устранения отказов и затратах ресурсов на все эксплуатаци­онные работы.

При изучении эксплуатации используют ряд терминов из сис­темного анализа: система, границы системы, цель, альтернатива и др.

Система - это упорядоченная совокупность взаимосвязанных элементов, действующих как единое целое для достижения по­ставленной цели. Любая система включает в себя подсистемы как более узкие совокупности элементов или отдельные из них, и в то же время она является частью другой, более общей системы (надсистема, суперсистема), взаимодействуя с ней через внешние связи.

Границы системы - это пространственно-временные пределы, в которых элементы, их свойства и связи способствуют достиже­нию цели системы, а также сохраняется управляемость ими.

Цель - это желаемое конечное состояние системы.

Альтернатива - вариант системы или ее действия, способный достигнуть поставленной цели.

Главная цель эксплуатации энергооборудования, как показа­но в исходных положениях теории эксплуатации, состоит в под­держании таких уровней его надежности и использования, при которых обеспечивается эффективная работа технологических объектов, оснащенных этим оборудованием.

Анализируя содержание главной цели, в ней можно выделить три промежуточные цели: обеспечение требуемой надежности энергооборудования, обеспечение рационального использова­ния энергооборудования, снижение эксплуатационных затрат., Каждая из выделенных целей ставит перед эксплуатацией ряд технических, технологических, социальных и экономических задач, взаимосвязь которых показана в табл. 5.1.

Таблица 5.1 Классификация целей и задач эксплуатации

Поддержание требуемой надежности

Технические задачи

Организационные задачи

Совершенствование и замена уста- ревшего электро- оборудова- ния

Предупреждение аварийных режимов ис- точника и технологического объекта

Совершенствование ремонтно- Обслуживающеи базы

Повышение квалификации и совершенство- вание системы стимулирования персонала

Совершенствование учета отказов, простоев

Совершен- ствование организа- ции техни- ческой экс- плуатации

Рациональное использование энергооборудования

Технико-технологические задачи

Организационные задачи

Повышение суточной и годовой занятости

Поддержа- ние опти- мальной нагрузки

Применение принудительных режимов работы

Разработка нормативов оптимального использования

Совершенствование учета и системы стимулирования результатов использова­ния

Поддержание оптимального уровня затрат на эксплуатацию

Социальные задачи

Организационные задачи

Форми- рование трудовых кол- лективов

Внедрение научной организа- ции труда

Улучшение ЖШ1ИЩНО- бытовых условии

Повыше- ние про- изво- дительно- сти труда

Повыше- ние фон- довоору- женности

Совершен- ствование системы оцен- ки результа- тов работы

Правильное материальное обеспечение эксплуатационных ра­бот приводит к повышению производительности и качеству труда электромонтеров, улучшению оперативности устранения отказов и снижению технологического ущерба, возрастанию сроков службы энергооборудования и т. п.

Эксплуатационные свойства энергооборудования

Эксплуатационные свойства энергооборудования - это те его объективные особенности или признаки качества, которые ха­рактеризуют, в какой мере то или иное изделие соответствует требованиям эксплуатации. Чем полнее приспособлено обору­дование к эффективному использованию и техническому обслу­живанию (ремонту), тем лучше его эксплуатационные свойства.

Совокупность эксплуатационных свойств можно разделить на общие, присущие всем в"идам энергооборудования, и специ­альные, имеющие значение для конкретных групп энергообору­дования. К общим свойствам относятся надежность и технико-экономические свойства, а к специальным - технологические, энергетические, эргономические и другие свойства.

Численную оценку эксплуатационных свойств осуществляют при помощи единичных или комплексных показателей (параметры, характеристики). Единичный показатель относится только к одному свойству либо одному его аспекту, а комплекс­ный - к нескольким свойствам. Каждый показатель может по-разному учитывать фактор времени. По этому признаку их раз­деляют на номинальные, рабочие и результирующие показатели.

Номинальные показатели - это указанные изготовителем энергооборудования значения основных параметров, регламен­тирующие его свойства и служащие исходными для отсчета от­клонений от этого значения при испытаниях и эксплуатации. Их указывают в технической документации и на заводском щитке энергооборудования.

Рис. 5.4. Классификация эксплуатационных свойств энергооборудования

Рабочие показатели - это фактические значения, наблюдае­мые в данный момент эксплуатации при конкретном сочетании действующих факторов. Они дают обычно «точечную» оценку свойств.

Результирующие показатели- это средние или средневзве­шенные значения за некоторый период эксплуатации (сезон, год или срок службы). Они дают более полное представление об эф­фективности использования и результативности обслуживания (ремонта) энергооборудования. Эксплуатация должна быть на­лажена таким образом, чтобы результирующие показатели были не хуже номинальных.

На практике различают конструктивную и эксплуатацион­ную надежность. Первая из них характеризует свойства изделия, заложенные при его проектировании, а вторая - наблюдаемые при эксплуатации. Для некоторых видов энергооборудования показатели конструктивной надежности приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2 Показатели конструктивной надежности электрических изделий

Наименование изделия	Вид нормативно-технической документации	Значение показателя надежности
Трехфазные короткозамкнутые асинхронные двигатели серии А2 и А02 мощностью от 0,6 до 100 кВт	ГОСТ 13859-68 с изменением №4	Расчетный срок службы двигателей не менее 40 000 ч для всех активных частей, кроме обмотки статора; не менее 20000 ч для обмотки статора и не менее 10000 ч для подшипников
Трехфазные асинхронные коротко- замкнутые двигатели серии 4А мощностью от 0,06 до400 кВт	ГОСТ 19523-81-	Средний срок службы не менее 15 лет при наработке не более 40 000 ч. Наработка обмотки статора не менее 20 000 ч. Наработка подшипников не менее 12000 ч. Вероятность безотказной работы не менее 0,9 при 10 000 ч наработки

 

Рубильники и разъединители на номинальные токи от 100 до 6300 А и на напряжение до 1 000 В	ГОСТ	Механическая износостойкость для аппаратов до 630 А не менее 10 000 циклов. Электрическая износостойкость аппаратов при коммутации тока: 100А -4 000 циклов; 250А - 2500 циклов; 400А- 1600 циклов; 630 А - 1 000 цик­лов; 630 А - 1 000 циклов
2327-76
Плавкие предохранители на напряжение до 100 В	ГОСТ 17242-79	Срок службы не менее 16 000 ч. Вероятность безотказной работы не менее 0,94 при доверительной вероятности 0,8
Электромагнитные пускатели на напряжение до 1 000 В	ГОСТ 2491-81	Нижнее значение вероятности безотказной работы при доверительной вероятности 0,8 за 2 млн. циклов пе менее 0,92
Бытовые электро- нагреватели	ГОСТ 23110-78	Средняя наработка не менее 2 000 ч
Осветительные щитки для жилых здании	ГОСТ 9413-78	Срок службы не менее 15 лет
Электроустановочные, светотехнические изделия	ГОСТ 8223-81	Вероятность безотказной работы при доверительной вероятности 0,8 должна быть не менее 0.85
Силовые кабели с пластмассовой изоляцией типа АВВГ, АПВГ	ГОСТ 16442-80	Срок службы не менее 25 лет
Провода с поливинилхлориднои изоляцией типа АПВ, АППВ, АППВС	ГОСТ 6323-79	Средний срок службы не менее 15 лег

Хотя многие виды оборудования имеют достаточно высокие показатели конструктивной надежности, их эксплуатационная надежность еще остается низкой. Так, фактическое время безотказной работы до капитального ремонта двигателей серии 4А составляет в животноводстве 3,5 года, а в растениеводстве -4 года, подсобных предприятиях - 5 лет.

Технико-экономические показатели характеризуют типоразмерный ряд, стоимость приобретения, монтажа, обслуживания и ремонта энергооборудования. Типоразмерный ряд конкретного вида энергооборудования определяет его номенклатуру по мощ­ности, напряжению, исполнению и другим параметрам. Чем больше шкала типоразмеров, тем точнее можно подобрать электрооборудование к условиям эксплуатации.

Технологические свойства характеризуют соответствие энер­гооборудования агрозоотехнологическим или другим специаль­ным требованиям. По отношению к животным и растениям обо­рудование общего назначения (двигатели, трансформаторы и т.п.) должно быть безопасным и безвредным, а специальное оборудование (облучатели, нагреватели и т.п.) - оказывать не­обходимое воздействие на животных (растения).

Энергетические свойства отражают способность оборудова­ния потреблять (производить, распределять) энергию с высокой эффективностью в отношении КПД, коэффициента мощности и других энергетических показателей, а также его приспособлен­ность к переходным (пуск, торможение) и другим режимам ра­боты. Напри­мер, электрооборудование подключают к источнику питания через протяженные электрические сети с многократной транс­формацией энергии. Система электроснабжения имеет невысо­кий КПД (70%), и поэтому сельские электроприемники с низки­ми энергетическим свойствами вызывают огромные потери эле­ктроэнергии, трудно пускаются и нестабильно работают.

Рис. 5.5. Характеристики КПД двигателей

При оценке энергетических свойств необходимо учитывать не только номинальные, но и результирующие показатели. Рас­смотрим рабочие характеристики КПД двигателей, показанные на рис. 5.5. Номинальный КПД первого двигателя значительно выше, чем второго. Но это не может служить основанием для правильного выбора первого двигателя, так как повышенные значения КПД у него наблюдаются лишь в узком интервале на­грузок, а за пределами этого интервала энергетические свойства резко ухудшаются. При использовании таких двигателей трудно обеспечить для каждого из них строго оптимальную нагрузку. Поэтому средний КПД группы двигателей будет ниже поми­нального. У второго двигателя высокие значения КПД наблю­даются в широком диапазоне нагрузок. При применении таких двигателей их суммарный результирующий КПД будет близок к номинальному значению.

Эргономические свойства определяют соответствие оборудо­вания психофизиологическим возможностям обслуживающего персонала. Они оцениваются по гигиеническим, антропометри­ческим, физиологическим и психологическим показателям, ус­тановленным ГОСТ 21033-75 и ГОСТ 16456-70. В группу гигие­нических показателей входят уровни освещенности, запыленнос­ти, шума, вибрации, напряженности магнитного поля и др.

К антропометрическим отно­сятся показатели, характеризующие соответствие конструкции и размещения оборудования росту обслуживаемого персонала.

 

 

Формы эксплуатации энергетического оборудования

Форма эксплуатации энергоустановок зависит от объема ра­бот по техническому обслуживанию энергетического оборудо­вания в хозяйстве. Различают следующие формы эксплуатации:

• хозяйственная;

• специализированная; » комплексная.

Методы обоснования формы эксплуатации энергоустановок различают по числу учитываемых факторов [34]. В настоящее время, в связи с разукрупнением сельскохозяйственных предпри­ятий, наибольшее распространение получат специализированная и комплексная формы эксплуатации.

По первому методу выбор формы эксплуатации энергоуста­новок производят по УЕЭ (см. табл. 21.1), при этом учитывают только годовой объем и номенклатуру работ.

Таблица 21.1

По второму методу учитывают не только годовой объем ра­бот, но и обеспеченность ЭНС электромонтерами (N*), удален­ность хозяйства от районного центра - L. Для выбора формы эксплуатации энергоустановок используют номограмму [34], приведенную на рис. 21.1.

Рис. 21.1. Номограмма для определения формы эксплуатации энергоуста­новок: 1 - комплексная; 2 - специализированная; 3 - хозяйственная

На оси ординат откладывают объем работ ЭНС и проводят линию до пересечения с лучом N*, соответствующим обеспечен­ности хозяйства электромонтерами, и с кривой, соответствую­щей расстоянию от хозяйства до районного центра. Из получен­ных точек А и В проводят линии, параллельные оси ординат. Линия, проходящая через точку В, переносится, как показано на рис. 21.1, и находится точка F, которая определяет зону искомой формы эксплуатации энергоустановок.

 

При хозяйственной форме обслуживания весь комплекс работ по ТО и ТР энергетического оборудования выполняется энерге­тической службой хозяйства. Для выполнения капитального ре­монта, контрольно-измерительных работ, пусконаладочных ра­бот сложных установок могут привлекаться другие организа­ции.

При специализированной форме обслуживания хозяйство пе­редает привлекаемой организации на полное техническое об­служивание и ремонт отдельные объекты или виды работ (текущий, капитальный ремонты или пусконаладочные работы).

При комплексном обслуживании все работы по ТО, ТР, КР энергетического оборудования в хозяйстве выполняются при­влекаемой организацией.

Правильный выбор формы ЭНС проверяют по следующим признакам рационального построения ЭНС:

• ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ФОРМА ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГО­УСТАНОВОК оправдана при достаточно большом объеме работ по эксплуатации энергетического оборудования в хозяйстве и хорошей его обеспеченности трудовыми и ма­териальными ресурсами, а также при значительном удале­нии хозяйства от районного центра или при плохом со­стоянии дорог;

• СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ И КОМПЛЕКСНАЯ формы об­легчают концентрацию усилий на наиболее важных в дан­ный момент участках, оправданы при дефиците тех или иных ресурсов. Кроме этого, они позволяют более полно и интенсивно использовать ремонтно-обслуживающую ба­зу. Но эти достоинства реализуются лишь при хорошей диспетчерской службе и надежной транспортной связи с хозяйствами.

Постоянный рост уровня электрификации и автоматизации агропромышленного комплекса в условиях кооперации и специ­ализации производства приводит к росту объемов работ по тех­нической эксплуатации энергетического оборудования и услож­няет функции управления ЭНС. Поэтому важно выбрать наибо­лее рациональную структуру управления формой эксплуатации энергоустановок. Различают: функциональную, территориаль­ную и комбинированную (гибкую) структуры ЭНС.

Функциональная структура ЭНС приведена на рис. 21.2. В ее основе лежит распределение исполнителей и материально-технических ресурсов по видам выполняемых работ (функций). Для этого создаются специализированные подразделения (участки, бригады, группы), которые выполняют только свои виды работ, но на всех объектах.

Территориальная структура ЭНС приведена на рис.21.3. В ее основе лежит распределение исполнителей по объектам хозяйст­ва (отделениям, бригадам, фермам, комплексам). При этом вы­деленные группы исполнителей осуществляют все эксплуатаци­онные работы, но только на своих участках.

Рис. 21.3. Территориальная структура ЭНС

Гибкая структура ЭНС предполагает возможность ее перест­ройки в течение года в зависимости от номенклатуры и объема работ, приходящихся на тот или иной сезон. При этом чередуют функциональную и территориальную структуры или применяют их комбинации.

Правильное обоснование структуры ЭНС состоит в том, что результаты обследования и расчетов сравнивают с известными преимуществами и недостатками той или иной структуры.

Достоинства функциональной структуры ЭНС заключаются в следующем: наиболее полно используется индивидуальное ма­стерство исполнителей; снижается потребность в кадрах высо­кой квалификации; уменьшается использование дорогостоящих технических средств и зданий. Недостатки функциональной структуры ЭНС - возрастает потребность в транспортных и пе­редвижных средствах; увеличиваются потери времени на переез­ды (от 10% - при радиусе обслуживания 5 км, до 25% - при ра­диусе обслуживания 15 км); снижается ответственность исполни­телей за состояние и использование электрооборудования.

Достоинством территориальной структуры ЭНС является вы­сокая оперативность обслуживания и устранения отказов. Недо­статками территориальной структуры ЭНС являются следующие - не всегда удается добиться равномерной загрузки исполните­лей и технических средств; каждый электромонтер должен иметь высокую квалификацию

Нужды хозяйства наиболее полно удовлетворяет гибкая структура ЭНС. Это объясняется тем, что состав и роль факто­ров, влияющих на выбор рациональной структуры, существенно зависят от сезона сельскохозяйственных работ. Например, в пе­риод подготовки ферм к зимовке скота ЭНС имеет функцио­нальную структуру, а в период зимовки - территориальную структуру. Возможны и другие перестройки службы в зависимо­сти от годовой программы и графика ТР. В хозяйстве необхо­димо разработать график перестройки структуры ЭНС.

Обоснование структуры ЭНС можно выполнить графичес­ким методом по номограмме, приведенной на рисунке 21.4. На оси ординат откладывают число электромонтеров N и через эту точку проводят линию АВ. Из точки В проводят линию до пере­сечения с лучом среднего коэффициента занятости к₃, а затем перпендикуляр CD к ординате. Точка пересечения линий AD и CD определяет рациональную структуру ЭНС.

Средний коэффициент занятости можно рассчитать при по­мощи следующего выражения:

где hi - число электрифицированных объектов (коровников, зер-нотоков и т.д.);

mi - число месяцев использования в году;

Σhi - всего электрифицированных объектов в хозяйстве.