Глава11 расчетная модель ущерба при отказах электродвигателей

В гл. 8 был оценен экономический ущерб отповышенного потребления реактивной мощности асинхронными двигателями (АД),составляющие которого приведены на рис. 5.

Чтобы получитьболее полное представление о возможных экономических убытках в электрохозяйствепредприятий, необходимо уметь определить количественные показатели ущерба приотказах АД. Это тем более важно, что АД являются самым массовым видом приводныхэлектродвигателей на многих промышленных предприятиях и уровень их безотказнойработы во многом определяет показатели электрохозяйства в целом.

Суммарныйэкономический ущерб  , руб/г., при отказах электродвигателей состоит из ущерба отпростоя оборудования, обусловленного недовыпуском продукции У_пр, изатрат на ремонт отказавших электродвигателей У_р или приобретениеновых электродвигателей У_н, т.е.

или                                                                                                 (11)

Если принять мерык обеспечению безотказности работы электродвигателей за счет использованияспециальных защит, то общий ущерб при отказах электродвигателей снизится засчет снижения или полного отсутствия второго слагаемого (У_р или У_н)в формуле (11). Первое слагаемое вформуле полностью исключить практически невозможно, поскольку может наблюдатьсяпростой оборудования из-за отключения защиты электродвигателей от сети привозникновении ряда причин, которые при отсутствии защиты привели бы кповреждению электрической машины, а именно: выпадения одной из фаз питающейсети, технологических перегрузок, чрезмерного колебания напряжения сети и др.

С учетом затратна спецзащиту общий экономический ущерб можно выразить следующим образом,руб/г:

,                             (12)

где v₁, v₂, v₃ - коэффициенты эффективностиприменения спецзащит (при v₁ = 1 отсутствуетущерб от простоя оборудования;

v₂ = 1 - отсутствует ущерб,связанный с затратами на приобретение новых электродвигателей;

v₃ = 1 - отсутствует ущерб наремонт поврежденных электродвигателей);

Т - срок окупаемостизатрат на разработку и применение спецзащит;

t_i -текущий i-й момент времени эксплуатации электродвигателей.

При расчетахэкономической эффективности принимается, что

0 ≤ t_i ≤T_ок.

Из формулы (12) видно, что при Т_ок = t_i затраты на защиту полностью окупаются.

В соответствии с существующей много лет Методикой определенияэкономической эффективности использования новой техники, изобретений ирационализаторских предложений нормативный срок окупаемости дополнительных капитальныхвложений на электротехническое оборудование принят 6,7 г.

Расчетный срококупаемости дополнительных затрат на спецзащиту можно определить, как отношениезатрат У_с к эффекту, вызванному этими затратами, т.е.

,                                                            (13)

Упрощенныйподсчет годового ущерба, руб., от простоя технологического оборудования приотказах электродвигателей производится по следующей формуле:

,                                                              (14)

где у - удельный ущерб от недовыпускаизготовляемой продукции, руб./(кВт·ч);

Р_i - номинальная мощностьэлектродвигателя i-го типоразмера, кВт;

п_i - числоотказавших электродвигателей i-го типоразмера,шт.;

t_ni - время простояоборудования из-за демонтажа поврежденного и монтажа резервногоэлектродвигателя, ч.

Удельный ущерб,руб./(кВт·ч), от недовыпуска продукции можно найти из следующей формулы:

,                                                              (15)

где С - стоимость годовоговыпуска продукции (фабрики, цеха и т.д.), руб.;

Р_∑уст - суммарнаяустановленная мощность электродвигателей оборудования на данном производстве,кВт;

Т_о - годовой фонд односменной работыоборудования, ч;

k₁ - средний коэффициент сменностив году;

k₂ - коэффициент использованияоборудования в году с учетом потерь времени на ремонт оборудования, болезнирабочего персонала и т.д.

Для более точнойоценки ущерба от недовыпуска продукции из-за отказов электродвигателей формулу(15) необходимо скорректировать.Корректировка будет заключаться в том, что в числитель формулы (15) следует добавить ущерб на выплатузарплаты работникам У_з в период простоя, а в знаменателе формулысуммарную установленную мощность электродвигателей необходимо заменитьпотребляемой мощностью этих электродвигателей Р_∑потр.

В соответствии скорректировкой формула (15) приметследующий вид:

,                                                               (16)

Ущерб, руб.,из-за выплаты зарплаты работникам оборудования в период простоя можноопределить по формуле:

,                                                            (17)

где 0,5 - 50 %-ная выплата работникам впериод простоя;

З_р.ч - почасовая заработнаяплата работников, руб./ч;

а - число машин,обслуживаемых одним работником;

k - коэффициент,учитывающий дополнительную зарплату и начисления;

т - число возникающих неисправностей(отказов);

t_пр - продолжительность простоя, ч.

Расчетыпоказали, что значения удельного ущерба, подсчитанные по формулам (15) и (16), в большинстве случаев отличаются друг от друганезначительно. Это следует из того, что некоторое увеличение числителя вформуле (16) за счетдополнительного слагаемого У_з компенсируется в этой формулеувеличением знаменателя Р_∑потр > Р_∑уст.

Ущерб, руб.,из-за капитального ремонта поврежденных электродвигателей определяется последующей формуле:

,                                                           (18)

где С_pi стоимость капитального ремонта одногоэлектродвигателя i-го типоразмера, руб.;

l - числоповрежденных электродвигателей, подлежащих капремонту.

Основнымкритерием экономической оценки безотказности работы электродвигателей должноявиться условие минимума двух первых слагаемых ущерба в формуле (12), т.д.

(1 - v₁)У_пр + (1 - v₃)У_р =min.                                                  (19)

Такое условиедостигается за счет возрастания коэффициентов эффективностей, т.д. при прочихравных условиях:

                                                     (20)

Возрастаниекоэффициентов эффективности связано с повышением доли 4-го слагаемого в формуле(12), т.д.  .

Однако значениеэтого слагаемого с течением времени t_i снижается и при t_i = Т_ок становится равным нулю.

Если расчетныйсрок окупаемости Т_окпревысит нормативный срок Т_н, то дополнительные приращения затрат по обеспечению безотказнойработы электродвигателей следует признать экономически неоправданными, инаоборот.

Однако следуетпринять во внимание, что применение спецзащит электродвигателей от аварийныхрежимов работы должно быть исключительной мерой, так как связано созначительными затратами. Кроме того, при этом нарушается бесперебойностьтехнологического процесса, что вызывает справедливые нарекания со сторонытехнологической службы предприятия.

Например, обрывфазы у электродвигателя или его перегрузка может иметь скрытые причины ихвозникновения, например из-за износа и старения изоляции обмотки. Поэтомувместо того, чтобы устанавливать в этих случаях соответствующие спецзащиты,целесообразней осуществлять контроль за скоростью старения изоляции обмоткиэлектродвигателей. Износ и старение изоляции являются одной из наиболее«коварных» причин выхода электродвигателей из строя из-за того, что отсутствуютвнешние признаки их выявления.

Процесс старенияи износа изоляции обмоток электродвигателей представляет собой совокупностьряда причин: срока службы изоляции, влияния параметров окружающей среды,степени нагрузки на валу электродвигателей и др. При неблагоприятном стеченииэтих факторов возникает форсированное старение изоляции с резким ухудшением ееэлектрических свойств.

На основаниимногочисленных опытов немецким ученым Монтзингером было установлено общееправило по определению срока службы изоляционных материалов с распространеннымклассом нагревостойкости А (из хлопчатобумажных, шелковых тканей, пряжи, бумагии картона). Было установлено, что старение изоляции материалов этого классаподчиняется так называемому 8-градусному правилу в соответствии со следующейформулой:

,                                                                 (21)

где Т_отн - скорость старения изоляции;

_н - нормативнаяпредельная температура нагрева для изоляции класса А, °С;

 - фактическоепревышение температуры, °С.

Согласно 8-градусномуправилу из формулы (21) следует,что для обмоток с изоляцией класса А на каждые 8 °С перегрева срок службыизоляции уменьшается, а ее старение ускоряется в 2 раза. Например, всоответствии с ГОСТ183-74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия»,превышение температуры для изоляции класса А составляет 65 °С, а температураокружающей среды принята равной +40 °С. Следовательно, предельная температурадля изоляции с нагревостойкостью класса А составляет 65 + 40 = 105 °С.Температура, оказывающая влияние на старение изоляции обмоток, складывается изпревышения температуры для изоляции данного класса обмотки и температурыокружающей среды, т.д. для изоляции класса А скорость старения будет

.                                                                (22)

На основанииопыта эксплуатации и наблюдений за сроком службы изоляции класса А принормативной предельной температуре, равной 105 °С, средний срок службы изоляцииобмоток составляет примерно 7 лет, т.д.

.                                                     (23)

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

.

А по формуле (23) можно определить абсолютный срокслужбы такой изоляции, т.д.

 г.

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

Восьмиградусноеправило имеет практическую ценность, поскольку оно позволяет установитьэффективный контроль за степенью старения и износа изоляции материалов снаиболее широко распространенным классом А нагревостойкости.