РОЛЬ ЗАЩИТЫ В ПОВЫШЕНИИ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
Под надежностью технического устройства понимают его способность выполнять свои функции в течение заданного промежутка времени. Одним из важнейших показателей надежности является наработка на отказ, измеряющаяся числом часов работы до первого отказа. Чем больше это число, тем выше надежность изделия.
Различают конструкционную и эксплуатационную надежность электродвигателя. Конструкционная надежность зависит от качества применяемых в машине материалов, от качества изготовления отдельных узлов и элементов, от совершенства технологии сборки и других факторов. На эксплуатационную надежность оказывают влияние качество изготовления машины, условия окружающей среды при эксплуатации, соответствие характеристик электродвигателя требованиям рабочей машины и технологического процесса, уровень технического обслуживания. Экономическая эффективность использования электродвигателей определяется не только их первоначальной стоимостью, но также и затратами на эксплуатацию. Выпуск ненадежных машин требует больших затрат на поддержание их в работоспособном состоянии. Неправильное использование и отсутствие надлежащего обслуживания приводит к тому, что изделия хорошего качества не обеспечивают безотказной работы. Таким образом, для эффективного использования всех заложенных в электрическую машину возможностей необходим комплекс мероприятий, начиная с правильного проектирования электропривода и кончая своевременным техническим обслуживанием и качественным ремонтом. Нарушение одного из звеньев этой цепи не позволяет достичь требуемого эффекта.
Различают три характерных типа отказов, которые присущи электрическим машинам [1].
1. Приработочные отказы, которые происходят в течение раннего периода эксплуатации. Их возникновение связано с дефектами, допущенными в процессе производства на заводах. Оставшиеся незамеченными, они проявляют себя в первый период эксплуатации.
2. Внезапные отказы в период нормальной эксплуатации.
3. Отказы, вызываемые износом отдельных частей машины. Они возникают либо за счет выработки ресурса деталей, либо неправильного использования или обслуживания. Своевременный ремонт или замена изношенных деталей предупреждает этот вид отказа.
Указанным выше типам отказов соответствуют три периода «жизни» электродвигателя: период приработки, период нормальной эксплуатации и период старения.
В период приработки интенсивность отказов бывает выше, чем в период нормальной эксплуатации. Большинство дефектов, допущенных при изготовлении, выявляют и устраняют в процессе испытаний. Однако при массовом производстве невозможно проверить каждое изделие. Часть машин может оказаться со скрытыми дефектами, которые вызывают отказы в первый период эксплуатации. Важное значение имеет продолжительность времени приработки, в течение которого достигается надежность, соответствующая нормальной работе. Отказы первого периода в дальнейшем не влияют на надежность устройства в последующие периоды его использования.
В период нормальной эксплуатации отказы в работе обычно носят случайный характер. Их появление во многом зависит от условий работы устройства. Частые перегрузки, отклонения от режимов работы, на которые рассчитан электродвигатель, увеличивают вероятность отказа. В этот период важнейшее значение имеет техническое обслуживание и своевременное устранение отклонений от нормальных условий работы. Задача эксплуатационного персонала заключается в том, чтобы период нормальной эксплуатации не сокращался ниже нормативных сроков.
Высокая надежность — это низкая интенсивность отказов в работе, а следовательно, большее время безотказной работы. Если на практике налажено систематическое профилактическое обслуживание электродвигателя, то длительность периода его нормальной эксплуатации достигает расчетного значения — 8 лет.
Третий период «жизни» электродвигателя — период старения — характеризуется быстрым повышением интенсивности отказов. Замена или ремонт отдельных деталей не дает эффекта, изнашивается вся машина. Дальнейшая ее эксплуатация становится невыгодной. Износовый отказ всей машины имеет в основном теоретическое значение. Редко удается так сконструировать и эксплуатировать машину, чтобы все ее детали изнашивались равномерно. Обычно выходят из строя отдельные ее части и узлы. В электродвигателях наиболее слабым местом является обмотка.
Важнейшим показателем, от которого зависит надежность работы технического устройства, является его ремонтопригодность, под которой понимается способность к обнаружению и устранению отказов и неисправностей при проведении технического обслуживания и ремонтов. Количественно ремонтоспособность определяется временем и затратами труда, требуемыми для восстановления работоспособности технического устройства.
Характер отказов электродвигателя может быть разнообразным. Для восстановления его полной работоспособности требуется разное время. Однако наблюдения показывают, что среднее время восстановления работоспособности при определенном уровне технического обслуживания характерно для всех установок. Эта величина считается характеристикой ремонтоспособности.
Наработка на отказ характеризует надежность технического устройства не полностью, а определяет лишь тот промежуток времени, в течение которого устройство работает безотказно. После наступления отказа необходимо время для восстановления его работоспособности. Обобщающим показателем, который оценивает готовность устройства к выполнению своих функций в нужное время, является коэффициент готовности, который определяют по формуле
| kг = | tср | ; |
| tср + tв |
tв— среднее время восстановления.
Таким образом, kг— отношение среднего времени безотказной работы к сумме времени безотказной работы и времени восстановления работоспособности. Низкая надежность устройства может быть скомпенсирована уменьшением времени восстановления работоспособности.
Рассмотрим значение выражения (1) для оценки работы электродвигателя. Как видно, причиной низкой готовности устройства может быть небольшая средняя наработка на отказ и большое время восстановления. Первая из этих величин зависит от надежности изделия и уровня его технической эксплуатации. Чем выше его качество, тем больше средняя наработка на отказ. Однако если на восстановление работоспособности и на техническое обслуживание требуется много времени, то готовность оборудования не повышается. Иначе говоря, использование высококачественного оборудования должно дополняться высоким уровнем технического обслуживания и ремонта. Только в этом случае можно добиться бесперебойности его работы.
С производственной точки зрения важно иметь готовое к действию и безотказное в работе оборудование в целом. Готовность основного энергетического звена (электродвигателя) зависит также от надежности действия пускозащитной и регулирующей аппаратуры. Защита не может предотвратить отказ двигателя, так как она не может воздействовать на те факторы, которые создают аварийную ситуацию. Роль защиты от перегрузки заключается в том, чтобы предотвратить выход из строя электродвигателя, своевременно выключив его. Это позволяет значительно сократить время восстановления работоспособности электрооборудования. На устранение причины, вызвавшей аварийный режим, требуется меньше времени, чем на ремонт или замену вышедшего из строя двигателя.
С другой стороны, нельзя допускать необоснованное преждевременное отключение электродвигателя, так как это снижает надежность оборудования в целом. Независимо от причины отключение является отказом. Неправильное действие защиты снижает наработку на отказ, а следовательно, и коэффициент готовности. В отдельных случаях целесообразно, чтобы она не отключала электроустановку, а давала сигнал об аварийном режиме. Пользуясь терминологией теории надежности, можно сказать, что общее назначение защиты заключается в сокращении времени восстановления работоспособности электроустановки в целом за счет предотвращения выхода из строя электродвигателя. Защита должна реагировать на те же перегрузки, которые действительно создают опасность повреждения электродвигателя. Некоторые виды перегрузок должны преодолеваться за счет запаса мощности. Ложные отключения снижают надежность работы оборудования и наносят производственный ущерб. Их не следует допускать.