10192
.pdfодиночного привода можно выбрать для рабочей машины электродвигатель, соответствующий требованиям различных производственных процессов. В известных случаях необходимы электродвигатели со строго постоянной
скоростью вращения, в других − требуется автоматическое снижение скорости
вращения электродвигателя при увеличении нагрузки на валу рабочей машины (тяговые устройства, буровые установки). Некоторые установки не требуют регулирования скорости или изменения направления вращения (центробежные насосы, компрессоры), другие, наоборот, нуждаются в этом (крановые установки).
Примером многодвигательного привода может служить экскаватор ЭКГ-4, имеющий четыре электродвигателя: первый – для подъема груза, второй − для напора на грунт, третий − для поворота и четвертый − для передвижения. Многодвигательный привод позволяет выбрать электродвигатель для каждого рабочего органа машины с необходимыми механическими характеристиками. При этом создаются наиболее благоприятные условия для автоматизации производственных процессов. По степени автоматизации привод можно разделить: на автоматизированный, полуавтоматизированный, ручной.
Электродвигатели характеризуются номинальными данными, к числу которых относятся следующие величины: мощность; напряжение; скорость вращения; коэффициент полезного действия; коэффициент мощности.
Номинальным режимом работы электрической машины называют такой режим ее работы, который рассчитан для данной машины заводомизготовителем. При номинальном режиме обеспечивается нормальная работа электродвигателя и допустимая температура его нагрева.
Номинальной мощностью электродвигателя называют полезную механическую мощность на валу, которая выражается в ваттах или киловаттах. Фактическая мощность, развиваемая электродвигателем в какой-либо момент времени, называется нагрузкой электродвигателя.
Шкала номинальных мощностей электродвигателей различного исполнения и назначения установлена Государственными стандартами (ГОСТ). Например, для трехфазных асинхронных электродвигателей общего применения, защищенного и закрытого обдуваемого исполнения серий А2 и АО2, имеющих широкое распространение, предусмотрена следующая шкала номи-
131
нальных мощностей: 0,6; 0,8; 1,1; 1,5; 2,5; 3; 4; 5,5; 7,5; 10; 13; 17; 22; 30; 40; 55; 75 и 100 кВт.
Номинальные напряжения, на которые выпускают электродвигатели общего применения переменного трехфазного тока − 220, 380, 500, 3000 и 6 000 В,
постоянного тока − 110, 220 и 440 В.
Номинальный момент вращения (Мн) электродвигателя развивается на его валу при номинальной мощности и номинальной скорости вращения.
Номинальным коэффициентом полезного действия электродвигателя называют отношение номинальной мощности на его валу к мощности, потребляемой из электрической сети при номинальном режиме. Мощность на валу электродвигателя всегда меньше мощности , потребляемой из сети, на величину потерь энергии. Эти потери складываются: из потерь энергии на нагревание проводников обмоток статора и ротора (потерь в меди), протекающим через них электрическим током; из потерь в стали, возникающих за счет перемагничивания и вихревых токов, а также из механических потерь на трение. Коэффициент полезного действия электродвигателя изменяется в зависимости от его нагрузки: от нуля при холостом ходе до максимального значения, обычно соответствующего ее номинальному значению. Все потери энергии в электродвигателе превращаются в тепло, нагревающее его.
По условиям нагрева электродвигателей различают три основных режима их работы: длительный; кратковременный; повторно-кратковременный.
Длительным режимом работы называют режим, при котором все части электродвигателя за время работы достигают установившейся температуры. В начале нагрева электродвигателя (после включения его в работу) лишь часть тепла, выделяющегося в нем за счет потерь электроэнергии, отдается в окружающую среду. Остальная часть аккумулируется (запасается) внутри электродвигателя и вызывает повышение его температуры, с ростом которой увеличивается отдача тепла в окружающую среду. Увеличение температуры прекращается, когда все выделяющееся в двигателе тепло отдается окружающей среде. Примером длительного режима работы может служить режим работы электродвигателей центробежных насосов, вентиляторов, компрессоров и транспортеров.
Кратковременным режимом работы называют режим, при котором длительность рабочего периода недостаточна для того, чтобы температура
электродвигателя достигла установившегося значения. Последующая затем остановка (пауза) электродвигателя настолько продолжительна, что он успевает охладиться до температуры окружающей среды. Для кратковременного режима работы установлены следующие стандартные длительности рабочего периода:15, 30, 60 и 90 мин. На щитках электродвигателя, предназначенного для работы в таком режиме, указывается, на какую стандартную длительность рабочего периода данная машина рассчитана. В кратковременном режиме работает, например, электродвигатель механизма подъема стрелы одноковшового экскаватора.
Повторно-кратковременным режимом работы называют режим, при котором за время рабочего периода электродвигатель не успевает достигнуть установившейся температуры, а за время последующей паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Повторно-кратковременный режим характеризуется величиной относительной продолжительности включения (ПВ), под которой понимается отношение времени работы к общей продолжительности всего цикла, включающего кроме времени работы также и паузу: tP 100% ,
ПВ=tP+ t0
где tP − продолжительность рабочего периода; t0 – продолжительность паузы. Установлены следующие стандартные значения относительной ПВ: 15, 25,
40 и 60%, причем ПВ, равная 25%, принимается за номинальную. Продолжительность одного цикла не должна превышать 10 мин. Если продолжительность цикла превышает 10 мин, то режим работы электродвигателя
считается длительным. Повторно − кратковременный режим работы весьма
распространен для электропривода строительных машин, в таком режиме работают одноковшовые экскаваторы, различные краны, подъемники и другие машины.
133
Режимы работы электродвигателей:
а − продолжительный; б − кратковременный; в − повторно-кратковременный
9. КАЧЕСТВО И НАДЕЖНОСТЬ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
9.1. Основные понятия, термины и определения
Понятие качества относится, в первую очередь, к продукции (товару) и представляет собой совокупность свойств продукции и меру ее полезности, обусловливающие ее способность удовлетворять определенные потребности в обществе.
В системах электроснабжения участвуют многие электротехнические устройства: генераторы и электродвигатели, трансформаторы, распределительные устройства высокого и низкого напряжения, коммутационные и защитные аппараты, приборы контроля и учета, представляющие собой в совокупности электротехническое оборудование. Все эти устройства являются промышленными изделиями, выпускаемыми в соответствии с государственными стандартами или техническими условиями, определяющими их качество.
Как всякая любая промышленная продукция, электротехнические устройства (изделия) характеризуются совокупностью показателей, описывающих их отличительные качества и свойства, и должны отвечать требованиям потребителей и установленным нормативам.
Нормируются допустимые отклонения показателей качества от номинальных (стандартных) значений.
Показатель качества – это количественная характеристика свойств продукции, определяющих качество (например, отклонение напряжения), а их численное выражение называется значением показателя качества (например,
+5%). Все показатели качества промышленной продукции можно классифицировать по нижеприведенным признакам.
Основными показателями являются показатели назначения, надежности, безопасности, технологичности, потребительские, эргономические, эстетические, стандартизации, патентно-правовые, экономические.
Показатели назначения характеризуют функционально-конструктивные возможности устройства, полезный эффект от его использования по назначению в соответствии с областью применения и условиями эксплуатации.
Под условиями эксплуатации понимается совокупность климатических и механических факторов внешней среды, существенно влияющих на работоспособность устройства (температура окружающей среды, влажность, давление, атмосферные явления, вибрация, удары).
Показатели надежности и долговечности характеризуют надежность и долговечность устройств в конкретных условиях их использования. Для промышленной продукции показатели надежности включают в себя безотказность (вероятность безотказной работы в течение заданного времени при определенных условиях и режимах работы, длительность наработки на отказ, интенсивность отказов и пр.), ремонтопригодность (вероятность восстановления, среднее время восстановления, средняя трудоемкость технического обслуживания и пр.), сохраняемость (срок сохраняемости, средний срок сохраняемости и пр.) и зависят от долговечности составных частей устройства (ресурс, срок службы до первого капитального ремонта) и т.д.
Показатели технологичности определяют эффективность конструктивнотехнологических решений для обеспечения высокой производительности труда при изготовлении и ремонте устройств. Основными показателями технологичности являются удельные показатели трудоемкости изготовления и ремонта, материалоемкости, в том числе дефицитных материалов, коэффициент использования рациональных материалов, коэффициент сборности устройства.
Эргономические показатели характеризуют удобства использования изделия по назначению.
Эстетические показатели характеризуют рациональность формы, выразительность оформления изделия.
135
Экологические показатели характеризуют уровень вредного воздействия устройства на окружающую среду.
Показатели стандартизации и унификации характеризуют степень использования в продукции стандартизованных изделий и уровень унификации составных частей изделия.
Экономические показатели характеризуют затраты на разработку, изготовление и эксплуатацию устройства
Качество устройства может определяться единичными и комплексными показателями.
Особым видом продукции является электрическая энергия, которую производят электростанции и используют для производственных и бытовых нужд ее потребители.
Качество электроснабжения обеспечивается качеством электротехнических устройств и показателями качества электроэнергии.
Каждый элемент СЭС должен обеспечивать бесперебойное (надежное) электроснабжение приемников электроэнергией. Надежность электроснабжения – сложное, комплексное свойство, обладающее единичными свойствами или их сочетанием.
В надежности технических систем можно выделить основные понятия, относящиеся к объектам, свойствам, состоянию, событиям и процессам.
Объект – предмет определенного назначения, который рассматривается с точки зрения анализа надежности. Объектами анализа могут быть элементы технических устройств (изделий), устройства, в том числе электротехнические устройства, технические системы, система электроснабжения, электроустановки, технологические установки, независимые источники питания, электроприемники, потребители электроэнергии, схемы электрических соединений.
Элемент – объект, надежность которого изучается независимо от надежности составляющих его частей.
Изделие – элемент, надежность которого рассматривается независимо от его места и функции в системе.
Электротехнические устройства – промышленные изделия,
предназначенные для производства, передачи и распределения электроэнергии, ее преобразования и использования, а также для контроля параметров и учета
электроэнергии. К электротехническим устройствам относятся электрические машины (генераторы и электродвигатели), аппараты (коммутационные, защитные, управления), приборы (контрольно-измерительные, учета).
Надежность – способность объекта (устройства) или системы выполнять заданные функции в определенном объеме при нормальных условиях эксплуатации в течение требуемого времени.
Безотказность – способность системы непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени или наработки.
Долговечность – способность системы сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (до выхода в ремонт составных элементов системы).
Ремонтопригодность – приспособленность системы к обнаружению и устранению отказов, возникающих в отдельных элементах системы.
Надежность системы характеризуется также и такими свойствами, как устойчивость, режимная управляемость и безопасность.
Устойчивость – способность противодействовать различным воздействиям внешней среды и явлениям, протекающим в системе (устойчивость к механическим воздействиям, к токам короткого замыкания и т.д.).
Режимная управляемость – приспособленность системы к управлению, обеспечивающему нормальный режим работы.
Безопасность – способность не вызывать опасных ситуаций для людей и окружающей среды.
Рабочее состояние – состояние объекта, при котором он выполняет заданные функции.
Нерабочее состояние – такое состояние, при котором объект не выполняет заданные функции.
Исправное состояние – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.
Неисправное состояние – состояние, при котором объект не соответствует установленным требованиям.
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции.
Неработоспособное состояние – состояние, при котором объект не способен выполнять заданные функции.
137
Отказом называется событие, при котором проявляется невозможность элементами системы выполнять заданные функции.
Повреждение – событие, при котором появляется неисправность объекта или его составных частей в результате влияния внешних воздействий, превышающих уровни, установленные нормативно-технической документацией.
Отключение – перевод объекта из рабочего состояния в нерабочее. Преднамеренное отключение – отключение намеченное и выполненное
обслуживающим персоналом.
Оперативное переключение – изменение схемы или режима работы объекта, выполняемое обслуживающим персоналом.
Восстановление – событие, заключающееся в переводе объекта из неработоспособного состояния в работоспособное.
Обслуживание – совокупность мер, предпринимаемых для сохранения или восстановления работоспособности объекта.
Ремонт – совокупность мер, предпринимаемых с целью восстановления работоспособности объекта.
Включение – перевод объекта из нерабочего состояния в рабочее.
Старение – процесс постепенного изменения физико-химических свойств объекта, под влиянием факторов, независимых от режима работы объекта.
Износ – процесс постепенного изменения физико-химических свойств объекта под влиянием факторов, зависимых от режима работы объекта.
Надежность СЭС характеризуется надежностью входящих в нее элементов (электротехнических устройств – трансформаторов, линий электропередач, коммутационных и защитных аппаратов и т.д.), схемой их соединения, режимом работы и организацией эксплуатации.
Любое отклонение от требований ПУЭ и технической документации на соответствующие элементы СЭС может привести к преждевременным отказам и выходу из рабочего состояния. К СЭС предъявляется требования по надежности, связанные с числом независимых источников питания, схемой электроснабжения
икатегорией электроприемников.
9.2.Качество электротехнических устройств в системах электроснабжения
Качество электротехнических устройств формируется на стадиях проектирования изделий, их испытания, изготовления, эксплуатации и ремонта.
Разработка электротехнического изделия осуществляется на основании технического задания на разработку (ТЗ). В техническом задании определяются назначение, технические требования к изделию, состав изделия.
Назначение определяет характер выполняемых функций устройства, области его применения.
Вразделе Технические требования излагаются:
-технические требования, которые должны быть достигнуты в процессе проектирования и определять технический уровень устройства при сопоставлении его с аналогами, приводятся показатели надежности, быстродействия и безопасности;
-конструктивно-технические требования;
-технологические и производственные требования, определяющие технологичность изготовления, уровень механизации при монтаже;
-метрологические требования, определяющие возможность контроля качества в процессе производства и эксплуатации;
-требования к условиям эксплуатации, транспортирования и хранения. Состав изделия определяет перечень составных частей, входящих в
устройство, комплект запасных частей, инструмента и приспособлений (ЗИП), упаковочных средств.
Порядок приемки и испытаний опытного образца регламентируется программой − методикой испытаний, в которой устанавливаются основные проверяемые параметры и показатели и методы их проверки.
9.3. Качество электрической энергии
Качество электрической энергии как вида продукции определяется степенью соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям и характеризуется совокупностью ее характеристик, называемых показателями качества электрической энергии (ПКЭ), при которых электроприемники могут нормально работать и выполнять свои функции.
Каждый электроприемник предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии, называемых номинальными: номинальной частоте, номинальном напряжении, номинальном токе и т. п. Должна обеспечиваться надежная работа (без сбоев и перерывов в электроснабжении) и при допустимых отклонениях параметров от номинальных величин.
139
Качество электроэнергии, производимой на электростанциях и получаемой на месте потребления, может отличаться после включения в сеть потребителей. В этом случае говорят, что электрическая сеть и электроприемник оказывают влияние друг на друга. То есть качество электроэнергии связано с электромагнитной совместимостью (ЭМС) электрической сети и электроприемников. Под электромагнитной совместимостью понимают способность приемников нормально функционировать в его электромагнитной среде (в энергосистеме, к которой он присоединен), не создавая недопустимых помех для других приемников.
В связи с тем, что взаимное влияние существует объективно, то целесообразно и необходимо установить нормативно меры этого влияния, стандартизировать ПКЭ. Таким документом является ГОСТ 13109– 97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». устанавливающий показатели качества электроэнергии на выводах электроприемников.
Стандарт устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения).
Основными ПКЭ, характеризующими установившиеся режимы работы электрооборудования, являются:
-установившееся отклонение частоты;
-установившееся отклонение напряжения;
-размах изменения напряжения;
-коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
-коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности; - коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения; - коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения.
ПКЭ носят случайный характер, что связано с графиком нагрузки.