Валентин Красник - Управление электрохозяйством предприятий

На основании многочисленных опытов немецким ученым Монтзингером было установлено общее правило по определению срока службы изоляционных материалов с распространенным классом нагревостойкости А (из хлопчатобумажных, шелковых тканей, пряжи, бумаги и картона). Было установлено, что старение изоляции материалов этого класса подчиняется так называемому 8-градусному правилу в соответствии со следующей формулой:

где T отн– скорость старения изоляции;

τ н– нормативная предельная температура нагрева для изоляции класса А, °С;

τ – фактическое превышение температуры, °С.

Согласно 8-градусному правилу из формулы (21) следует, что для обмоток с изоляцией класса А на каждые 8 °С перегрева срок службы изоляции уменьшается, а ее старение ускоряется в 2 раза. Например, в соответствии с ГОСТ 183-74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия», превышение температуры для изоляции класса А составляет 65 °С, а температура окружающей среды принята равной +40 °С. Следовательно, предельная температура для изоляции с нагревостойкостью класса А составляет 65 + 40 = 105 °С. Температура, оказывающая влияние на старение изоляции обмоток, складывается из превышения температуры для изоляции данного класса обмотки и температуры окружающей среды, т. е. для изоляции класса А скорость старения будет

На основании опыта эксплуатации и наблюдений за сроком службы изоляции класса А при нормативной предельной температуре, равной 105 °С, средний срок службы изоляции обмоток составляет примерно 7 лет, т. е.

Если, например, фактическое превышение температуры будет 121 °С, то из формулы (22) видно, что срок службы изоляции сократится в 4 раза, так как

А по формуле (23) можно определить абсолютный срок службы такой изоляции, т. е.

Следовательно, если при нормативной температуре изоляции класса А обмотка электродвигателя проработает 7 лет (т. е. при температуре 105 °С), то при ее превышении на 16 °С срок службы изоляции сократится в 4 раза – до 1,75 г., и т. д.

Восьмиградусное правило имеет практическую ценность, поскольку оно позволяет установить эффективный контроль за степенью старения и износа изоляции материалов с наиболее широко распространенным классом А нагревостойкости.

В настоящее время экономически обоснованные уровни количественных характеристик безотказности работы электродвигателей отсутствуют.

В принципе безотказность работы, например АД, можно довести до самого высокого уровня за счет применения специальных мер, в том числе: улучшения конструкции электродвигателей, выбора установленной завышенной мощности, разработки комплекса спецзащит от аварийных режимов, осуществления непрерывного контроля за рациональными условиями эксплуатации электродвигателей и т. д.

Однако многие из этих мероприятий связаны со значительными финансовыми и другими затратами и экономически себя не оправдывают. Например, нет острой необходимости и целесообразности принимать меры к тому, чтобы срок службы подшипников в электродвигателе был в несколько раз больше срока службы самого электродвигателя, или недопустимо, например, повышать безотказность работы электродвигателя за счет снижения производительности технологического оборудования.

С другой стороны, специалисты, работающие в области повышения надежности электрических машин, справедливо подчеркивают, что затраты при эксплуатации электродвигателей с повышением уровня их безотказности значительно снижаются. С ростом технико-экономических показателей (коэффициента мощности и коэффициента полезного действия) уровень надежности электрических машин повышается.

Поэтому одной из важных задач оптимизации, в частности, асинхронных двигателей является изыскание оптимального уровня безотказности работы электродвигателей, удовлетворяющего минимальным затратам при максимальном экономическом эффекте.

Успешным решением задачи оптимизации безотказных режимов работы электродвигателей является полная ликвидация износовых отказов и максимально возможное предупреждение внезапных отказов.

Для этих условий с целью правильного изыскания экономического критерия оптимизации можно использовать экспоненциальный

однопараметрический закон распределения вероятностей, являющийся частным случаем двухпараметрического закона Вейбулла-Гнеденко. Для этого закона постоянной величиной является интенсивность (опасность) отказов, 1/ч:

λ = const.

Стоимость (цену) Ц годового обслуживания (эксплуатации) электрической машины можно представить в виде двух слагаемых, одно из которых Ц 0не зависит от количественных показателей безотказности работы электродвигателя, а другое Ц'(Х) является функцией параметра безотказности [24], т. е.

Ц = Ц 0+ Ц'(λ) = Ц 0+ λ Ц в, (24)

где Ц в – средняя цена восстановления отказавшего электродвигателя.

Если повысить безотказность работы электродвигателей, т. е. снизить интенсивность отказов с λ 1 до λ 2 , то годовая экономия АЭ затрат на эксплуатацию электродвигателей станет равной

ΔЭ = Ц в 1λ 1 – Ц в2 λ 2 . (25)

Когда речь идет об увязке технико-экономических показателей с уровнем надежности работающего объекта, то под технико-экономическими показателями понимаются начальные (капитальные) затраты К и ежегодные эксплуатационные издержки И, приведенная сумма которых (к одной размерности) и составляет общие расчетные затраты 3.

Возрастание капитальных затрат оправдывает себя в том случае, если оно приводит не только к обеспечению надлежащего уровня безотказности работы объекта, но и к снижению эксплуатационных издержек, в результате чего уменьшаются и общие расчетные затраты.

Экономию на эксплуатационные расходы АИ можно совместить с экономией от ущерба при простоях оборудования, пользуясь следующим выражением:

ΔЭ = (λ 1– λ 2 )(У + Т вЗ + ΔИ), (26)

где У – средний ущерб от отказов электродвигателей;

Т в– среднее время на восстановление отказавших электродвигателей;