Что понимается под отказом в работе электрооборудования

2. СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ РЗА

2.1. Основные понятия и термины в области надежности устройств РЗА

2.1.1. Надежностью называется свойство устройства сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

2.1.2. Работоспособным состоянием называется такое состояние устройств, при котором значения параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.

2.1.3. Отказом называется нарушение работоспособного состояния устройства. Имеются характерные виды отказов, отличающиеся:

по возможности прогнозирования наступления отказа — постепенные и внезапные отказы;

по времени возникновения отказа — приработочные отказы, отказы периода нормальной эксплуатации и деградационные отказы.

При этом отказы могут быть как постепенные, так и внезапные.

Постепенные отказы происходят в результате изменения одного или нескольких параметров устройства или состояния его элементов из-за различных физических и химических процессов, возникающих вследствие продолжительной эксплуатации.

В устройствах РЗА к этим процессам относятся: запыление внутренних деталей реле и устройств, образование нагара и раковин на контактах, разрегулировка механической части реле, ослабление винтовых контактных соединений, снижение сопротивления изоляции, изменение характеристик устройства или его отдельных элементов. При проведении своевременных профилактических мероприятий указанные изменения параметров или состояния устройства и его элементов могут быть обнаружены методами контроля и диагностики, а возможные отказы предотвращены регулировкой, заменой или восстановлением элементов.

Внезапные отказы характеризуются скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров устройства. Причинами внезапных отказов являются физические и химические процессы, протекающие во времени достаточно медленно.

Приработочные отказы происходят в начальный период эксплуатации, вызываются в основном недостатками технологии производства и недостаточным контролем качества комплектующих элементов устройств при изготовлении. Для устройств РЗА причинами приработочных отказов могут быть также ошибки при монтаже и наладке, некачественное проведение наладки.

Отказы периода нормальной эксплуатации происходят после окончания периода приработки, но до наступления периода деградационных отказов. Это наиболее длительный период общего времени эксплуатации, в котором количество отказов примерно постоянно и имеет наименьшее значение.

Деградационные отказы вызываются естественными процессами старения, изнашивания и коррозии при соблюдении установленных правил, норм проектирования, изготовления и эксплуатации. Эти отказы происходят, когда устройство в целом или его отдельные элементы приближаются к предельному состоянию по условиям старения или износа в конце полного или межремонтного срока службы. При правильной организации технического обслуживания эти отказы могут быть предотвращены своевременной заменой или восстановлением элементов. При этом период замены должен быть меньше среднего времени износа элемента. Если своевременная замена не производится, то количество деградационных отказов возрастает.

2.1.4. Приработочные отказы, отказы периода нормальной эксплуатации и деградационные отказы являются случайными событиями, но подчиняются общим закономерностям.

2.1.5. Необходимо различать отказ устройства защиты как событие утраты работоспособности и отказ функционирования как событие невыполнения заданной функции при возникновении соответствующего требования.

2.2. Виды технического обслуживания устройств РЗА

2.2.1. Период эксплуатации устройства или срок его службы до списания определяется износом устройства до такого состояния, когда восстановление его становится нерентабельным.

В срок службы устройства, начиная с проверки при новом включении, входит, как правило, несколько межремонтных периодов, каждый из которых может быть подразделен на характерные с точки зрения надежности этапы: период приработки и период нормальной эксплуатации.

Устанавливаются следующие виды технического обслуживания устройств РЗА электрических сетей 0,4 — 35 кВ:

проверка при новом включении (наладка);

первый профилактический контроль;

профилактическое восстановление (ремонт);

опробование (тестовый контроль);

Кроме того, в процессе эксплуатации может проводиться внеочередная или послеаварийная проверка.

2.2.2. Проверку (наладку) устройств РЗА при новом включении следует проводить при вводе в работу вновь смонтированного, отдельного присоединения или при реконструкции устройств РЗА на действующем объекте. Это необходимо для оценки исправности аппаратуры и вторичных цепей, правильности схем соединений, регулировки реле, проверки работоспособности устройств РЗА в целом. Проверка при новом включении должна выполняться персоналом МС РЗА или специализированной наладочной организацией.

Если проверка при новом включении проводилась сторонней наладочной организацией, то включение новых и реконструированных устройств производится после приемки их службой РЗА.

2.2.3. Профилактический контроль устройств РЗА проводится в целях выявления и устранения возникающих в процессе эксплуатации возможных неисправностей его элементов, способных вызвать излишние срабатывания или отказы срабатывания устройств РЗА.

Первый после включения устройства РЗА в эксплуатацию профилактический контроль выполняется главным образом в целях выявления и устранения приработочных отказов, возникающих в начальный период эксплуатации.

2.2.4. Профилактическое восстановление производится в целях проверки исправности аппаратуры и цепей, соответствия уставок и характеристик реле заданным, восстановления износившейся аппаратуры и ее частей, проверки устройства РЗА в целом.

Профилактическое восстановление производится также в целях восстановления отдельных менее надежных (имеющих малый ресурс или большую скорость выработки ресурсов) элементов устройств: реле РТ-80, РТ-90, ИТ-80, ИТ-90, ЭТ-500, ЭН-500, ЭВ-100, ЭВ-200, РТВ, РВМ, РП-341 и т.д. В зависимости от условий внешней среды и состояния аппаратуры объем частичного восстановления устройств РЗА, расположенных в шкафах наружной установки, может быть расширен.

2.2.5. Опробование производится в целях проверки работоспособности устройств РЗА.

Опробование может производиться с помощью встроенных элементов опробования либо имитацией срабатывания пусковых органов устройств РЗА.

Тестовый контроль проводится для устройств, имеющих встроенные средства ручного тестового контроля.

2.2.6. Необходимость и периодичность проведения опробований или тестового контроля определяются местными условиями и утверждаются главным инженером предприятия.

2.2.7. Правильное действие устройств РЗА в течение 6 мес до срока опробования приравнивается к опробованию.

2.2.8. Внеочередная проверка проводится при частичных изменениях схем или реконструкции устройств РЗА, при необходимости изменения уставок или характеристик реле и устройств, а также для устранения недостатков, обнаруженных при проведении опробования.

2.2.9. Послеаварийная проверка выполняется для выяснения причин отказов функционирования или неясных действий устройств РЗА. Внеочередная и послеаварийная проверки проводятся по программам, составленным МС РЗА, утвержденным главным инженером предприятия.

2.2.10. Периодические технические осмотры проводятся в целях проверки состояния аппаратуры и цепей РЗА, а также соответствия положения накладок и переключающих устройств режиму работы оборудования.

2.2.11. Программы и объемы работ при техническом обслуживании приведены в разд. 3 и 4.

2.3. Периодичность технического обслуживания устройств РЗА

2.3.1. Для устройств РЗА цикл технического обслуживания устанавливается от трех до двенадцати лет.

Под циклом технического обслуживания понимается период эксплуатации устройства между двумя ближайшими профилактическими восстановлениями, в течение которого выполняются в определенной последовательности установленные виды технического обслуживания, предусмотренные настоящими Правилами.

2.3.2. По степени воздействия различных факторов внешней среды на аппараты в электрических сетях 0,4 — 35 кВ могут быть выделены две категории помещений.

К I категории относятся закрытые, сухие отапливаемые помещения.

Ко II категории относятся помещения с большим диапазоном колебаний температуры окружающего воздуха, в которых имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха (металлические помещения, ячейки типа КРУН, комплектные трансформаторные подстанции и др.), а также помещения, находящиеся в районах с повышенной агрессивностью среды.

2.3.3. Цикл технического обслуживания для устройств РЗА, установленных в помещениях I категории, принимается равным 12, 8 или 6 годам, а для устройств РЗА, установленных в помещениях II категории, принимается равным 6 или 3 годам в зависимости от типа устройств РЗА и местных условий, влияющих на ускорение износа устройств (см. таблицу). Цикл обслуживания для устройств РЗА устанавливается распоряжением главного инженера предприятия.

Периодичность проведения технического обслуживания устройств РЗА электрических сетей 0,4 — 35 кВ

Место установки устройств РЗА

Цикл техническогообслуживания, лет

Количество лет эксплуатации

В помещениях I категории (вариант 1)

В помещениях I категории (вариант 2)

В помещениях I категории (вариант 3)

В помещениях II категории (вариант 1)

В помещениях II категории (вариант 2)

Примечания: 1. Н — проверка (наладка) при новом включении; К1 — первый профилактический контроль; К — профилактический контроль; В — профилактическое восстановление; O — опробование.

2. В таблице указаны обязательные опробования. Кроме того, опробования рекомендуется производить в годы, когда не выполняются другие виды обслуживания. Если при проведении опробования илипрофилактического контроля выявлен отказ устройства или его элементов, то производится устранение причины, вызвавшей отказ, и при необходимости в зависимости от характера отказа — профилактическое восстановление.

Для неответственных присоединений в помещениях II категории продолжительность цикла технического обслуживания устройств РЗА может быть увеличена, но не более чем в два раза. Допускается в целях совмещения проведения технического обслуживания устройств РЗА с ремонтом основного оборудования перенос запланированного вида технического обслуживания на срок до одного года. В отдельных обоснованных случаях продолжительность цикла технического обслуживания устройств РЗА может быть сокращена.

Указанные в таблице циклы технического обслуживания относятся к периоду эксплуатации устройств РЗА, соответствующему полному сроку службы устройств. По опыту эксплуатации устройств РЗА на электромеханической элементной базе, установленных в помещениях I категории, полный средний срок их службы составляет 25 лет и для устройств, установленных в помещениях II категории, 20 лет.

В технической документации по устройствам РЗА на микроэлектронной и электронной базе полный средний срок службы установлен, как правило, 12 лет. Эксплуатация устройств РЗА на электромеханической, микропроцессорной и электронной базе сверх указанных сроков может быть разрешена только при удовлетворительном состоянии и сокращении цикла технического обслуживания, устанавливаемого руководством предприятия.

Наибольшее количество отказов электронной техники происходит в начале и в конце срока службы, поэтому рекомендуется устанавливать для этих устройств укороченные периоды между проверками в первые два-три года и после 10 — 12 лет эксплуатации. Периоды эксплуатации между двумя ближайшими профилактическими восстановлениями для этих устройств в первые годы эксплуатации рекомендуется устанавливать не более 6 лет. По мере накопления опыта эксплуатации цикл технического обслуживания может быть увеличен до 12 лет.

Цикл технического обслуживания расцепителей автоматических выключателей 0,4 кВ рекомендуется принимать равным 3 или 6 годам.

2.3.4. Плановое техническое обслуживание устройств РЗА электрических сетей 0,4 — 35 кВ следует по возможности совмещать с проведением ремонта основного электрооборудования.

2.3.5. Первый профилактический контроль устройств РЗА должен проводиться через 10 — 18 мес после включения устройства в работу.

2.3.6. Периодичность технического обслуживания аппаратуры и вторичных цепей устройств дистанционного управления и сигнализации принимается такой же, как для соответствующих устройств РЗА.

2.3.7. Периодичность технических осмотров аппаратуры и цепей устанавливается МС РЗА в соответствии с местными условиями.

2.3.8. Тестовый контроль (опробование) устройств на микроэлектронной базе рекомендуется проводить еженедельно на подстанциях с дежурным персоналом, а на подстанциях без дежурного персонала — по мере возможности, но не реже одного раза в 12 мес.

2.3.9. Для микроэлектронных и микропроцессорных устройств РЗА перед новым включением, как правило, должна производиться тренировка подачей на устройство в течение 3 — 4 сут оперативного тока и при возможности рабочих токов и напряжений с включением устройства с действием на сигнал. По истечении срока тренировки проводится тестовый контроль и при отсутствии каких-либо неисправностей устройство РЗА переводится с действием на отключение.

2.3.10. Удаление пыли с внешних поверхностей, проверка надежности контактных соединений, проверка целости стекол, состояния уплотнений кожухов и т.п. микропроцессорных и электромеханических устройств РЗА выполняются обычным образом. Чистка от пыли внутренних модулей микропроцессорных устройств РЗА при внутреннем осмотре должна производиться пылесосом для исключения повреждения устройств статическим разрядом. Следует учитывать, что заводы-изготовители гарантируют нормальную работу электронных устройств и выполнение гарантийного ремонта РЗА в течение ограниченного периода эксплуатации при сохранности пломб завода. С учетом этого вскрывать кожухи этих устройств РЗА в течение гарантийного срока эксплуатации не рекомендуется.

2.3.11. При неисправности устройств РЗА на микроэлектронной базе ремонт устройства в период гарантийного срока эксплуатации должен производиться на заводе-изготовителе. В последующий период эксплуатации ремонт производится по договору с заводом-изготовителем или в базовых лабораториях квалифицированными специалистами.

2.3.12. Методики проверки микропроцессорных устройств РЗА приведены в технических описаниях и инструкциях по эксплуатации заводов-изготовителей.

3 Отказы электрооборудования в системах элек­троснабжения

Эксплуатационные показатели для энергетического оборудования задаются паспортными данными, инструкциями по эксплуатации, а их текущие значения назначаются службой режимов, диспетчерами и дежурным эксплуатационным персоналом.

Надежная работа энергетического оборудования в зависимости от его назначения может требоваться в различные периоды времени:

• между плановыми ремонтами;

• в определенный сезон года;

• при прохождении максимума или минимума нагрузки и т.д.

Состояние электрооборудования, при котором оно способно выполнять

заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации, называют работоспособностью. Нарушение работоспособности является отказом.

Отказом называется событие, заключающееся в переходе оборудования с одного уровня работоспособности или функционирования на другой, более низкий, или в полностью неработоспособное состояние. Отказы классифицируются по разным признакам:

1) по степени нарушения работоспособности: полные или частичные. Для части системы электроснабжения отказ одного элемента или группы элементов в одном случае может привести к ограничению потребляемой мощности и энергии, в другом — к полному прекращению электроснабжения потребителей; в первом случае отказ следует считать частичным, во втором — полным; если рассматри­вать для системы в целом, то оба отказа следует считать частичными;

2) по связи с отказами других элементов (оборудования): независимые и зависимые

3) по характеру процессов проявления: внезапные и постепенные. Внезапные отказы проявляются в результате резкого, скачкообразного изменения основных параметров системы, связанных с нарушением условий работы, ошибочными действиями персонала и т.д.; при постепенных отказах наблюдается плавное изменение параметров оборудования в результате старения, износа. Постепенные отказы часто проявляются в форме внезапных;

4) по времени существования: устойчивые и неустойчивые. Устойчивый — это такой отказ, когда для восстановления работоспособности требуется ремонт оборудования; неустойчивый — когда для восстановления работоспособности требуется только отключение оборудования или изменение его режима работы без ремонта;

5) по времени проведения: плановые и неплановые. Плановый отказ — это текущий или капитальный ремонт, сроки проведения которого заранее оговорены. Влияние плановых ремонтов на надежность системы электроснабжения может оказаться весьма существенным, так как возможно наложение на плановый ремонт одного элемента отказа другого, в частности, его резервирующего.

Самовосстанавливающийся отказ называют сбоем.

При полном отказе (полной утере работоспособности) оборудование или установку надо выводить из работы в ремонт. При частичном отказе оборудование или установка может какое-то ограниченное время выполнять часть заданных функций.

Отказом в работе называют отказ, выявившийся в момент выполнения заданной функции, а дефектом — отказ, обнаруженный при наладке, профилактическом осмотре или плановом ремонте.

Как показывает опыт эксплуатации, основными характеристиками, определяющими работоспособность электрооборудования, являются следующие:

1) механическая прочность;

2) износоустойчивость контактов при включении тока;

3) износоустойчивость контактов при отключении тока;

4) стойкость контактов против сваривания;

5) коммутационная способность, а также термическая и динамическая стойкость;

6) надежность контактирования (стабильность переходного контактного сопротивления);

7) сохраняемость свойств изоляции;

8) стабильность характеристик срабатывания.

Указанные выше характеристики работоспособности оборудования в основном определяют их надежность. Высокие характеристики работоспособности означают и высокую надежность.

Все отказы в работе оборудования объясняются неудовлетворительным уровнем или состоянием перечисленных характеристик, которые являются физическими составляющими главного свойства надежности — безотказности в работе. Эти характеристики работоспособности имеют различную важность для разного оборудования. Так, работоспособность автоматических выключателей, контакторов и магнитных пускателей на 100 % зависит от этих характеристик; работоспособность плавких предохранителей — на 45 %, тепловых реле — на 30%, рубильников — на 20 % и т.д.

При анализе надежности электрооборудования рассматривают четыре группы основных факторов:

• связанные со свойствами применяемых материалов;

Из этого перечня особое значение имеют производственные факторы. Влияние этих факторов учитывают отдельно, потому что, во-первых, они не могут быть конкретно учтены при проектировании, и, во-вторых, после отработки конструкции и внедрения ее в производство уровень надежности оборудования полностью определяется стабильностью производства. Кроме того, одно и то же оборудование, изготовленное на разных предприятиях, нередко очень резко отличается друг от друга по качеству.

К конструктивным факторам относят прежде всего:

скорость замыкания и размыкания контактов;

раствор, провал и нажатие контактов;

вибрацию контактов при включении;

трение в элементах подвижных частей;

особенности дугогасящего устройства и др.

Факторы, определяемые свойствами применяемых материалов, — это, в основном, особенности контактных и изоляционных материалов, а также материалов для пружин, термобиметаллических элементов и т.п.

При эксплуатации электрооборудование подвергается разнообразным воздействиям, зависящим от нагрузки, режима и условий работы. По влиянию на характеристики работоспособности оборудования эксплуатационные факторы делят на две группы:

1) ток и напряжение, род тока, характер нагрузки, частота срабатывания, продолжительность включения и др.;

2) окружающая температура, влажность воздуха, давление и запыленность воздуха, агрессивные газы, особенности монтажа, внешние вибрации, действия обслуживающего персонала и др.

Суммарное воздействие той или иной комбинации перечисленных выше факторов вызывает отказы оборудования.

Возникновению отказов способствуют также следующие часто встречающиеся недостатки при эксплуатации оборудования:

пренебрежение указаниями заводских инструкций по монтажу, регулировке и обслуживанию;

недопустимые змены материалов изношенных деталей, в особенности контактных;

нарушение правил хранения и транспортировки;

неправильное использование в непредусмотренных режимах или условиях;

неправильная, небрежная или несвоевременная профилактика и ДР.

Большая часть повреждений в системах электроснабжения связана с нарушением электрической изоляции элементов (генераторов, трансформаторов, кабельных и воздушных линий, компенсирующих устройств и др.). Поэтому от момента возникновения повреждения до его локализации зона неблагоприятного влияния, как правило, велика. Причем для отдельных видов потребителей (напри­мер, предприятий химической промышленности) сам факт возникновения повреждения, при котором понижается напряжение, является отказом.

Элементы систем электроснабжения относятся к восстанавливаемым при отказах. Надежность системы или элемента обеспечивается свойствами безотказности, долговечности, устойчивости, управляемости, живучести, безопасности и ремонтопригодности, о которых подробно будет изложено в последующих главах книги.

В процессе эксплуатации элементов системы электроснабжения в материалах, из которых они изготовлены, вследствие термических и механических воздействий, а также воздействий электромагнитных полей, агрессивной среды, снижения показателей качества электроэнергии накапливаются необратимые изменения, снижающие прочность, нарушающие координацию и взаимодействие частей. Эти изменения в случайные моменты времени могут приводить к отказу элемента.

При рассмотрении показателей надежности любого элемента различают три периода его эксплуатации: I — период приработки; II — период нормальной эксплуатации; III — период интенсивного износа и старения.

Период I характеризуется снижением интенсивности отказов с течением времени, что объясняется выявлением скрытых дефектов монтажа и изготовления, отбраковкой элементов.

Период II характеризуется примерно постоянной интенсивностью отказов. При этом они имеют внезапный характер (механические повреждения, повреждения вследствие неблагоприятных внешних условий и т.д.).

Период III характеризуется повышением интенсивности отказов с течением времени и связан с интенсивным износом и старением, необратимыми физико-химическими процессами в материалах, из которых изготовлены элементы и их части (постепенные отказы).

Подразделение отказов на внезапные и постепенные условно и служит для удобства анализа и количественной оценки протекающих явлений.

Основной причиной внезапных отказов является превышение механической прочности элемента.

Например. Кабельная линия напряжением 6- 10 кВ обладает определенной механической прочностью, и все ее конструктивные элементы выполнены так, чтобы обеспечить сохранность линии при воздействии механических нагрузок, не превышающих предел прочности бронированного покрытия, оболочки, изоляции жил кабеля. Механические нагрузки, воздействующие на кабельную линию при эксплуатации, являются случайными, и связи между значениями таких нагрузок во времени обычно не наблюдаются. Пиковые экстремальные нагрузки, приводящие к повреждению кабельной линии, возникают случайно, и невозможно однозначно предсказать момент их появления. Среднее значение воздействующих механических нагрузок на кабельную линию практически при любых условиях прокладки намного меньше предельно допустимого (по механической прочности). Первое превышение механической прочности кабель­ной линии приводит к ее отказу. Учитывая конструкции кабельных линий и характерные условия их эксплуатации, следует отметить два обстоятельства:

уровень предельно допустимой механической нагрузки остается постоянным в период эксплуатации;

отказ возникает в результате не постепенного изменения внутреннего состояния элемента (так как предел механической прочности с течением времени изменяется мало), а лишь как следствие внешних случайных воздействий, являющихся независимыми и возникающих в случайные моменты времени, которые однозначно предсказать невозможно.

Основной причиной постепенных отказов является старение материалов и износ отдельных частей элементов. Со временем материалы, из которых изготовлен элемент, претерпевают необратимые изменения. Причинами их возникновения являются следующие факторы:

• тепловое, вибрационное старение изоляции трансформаторов, кабельных линий, генераторов;

• коррозия металлических частей проводов, опор, оболочек кабельных линий;

• износ дугогасительных камер коммутационных аппаратов при отключении токов КЗ;

• диффузия одного материала в другой;

По мере эксплуатации элементов (оборудования) вследствие влияния процессов нагревания, обусловленных протеканием токов нагрузки; изменения условий внешней среды; электродинамических сил, возникающих при резком изменений тока; вибрации; повышения влажности и вредных примесей в среде, окружающей изоляцию; воздействий электрического поля в изоляции происходят сложные физико-химические процессы старения. Изоляция становится хрупкой, ломкой, появляются трещины, в результате чего уменьшается ее электрическая прочность и при случайном превышении напряжения сверх допустимого уровня происходит отказ.

Аналогичные ситуации происходят при коррозии и окислении металлических частей оборудования, а также под воздействием механических нагрузок. Эти факторы приводят к постепенному снижению прочности и при случайном превышении предела прочности — к отказу оборудования. Таким образом, постепенный износ отдельных частей оборудования представляет собой как бы накопление элементарных повреждений в различных его частях и снижение общего предела прочности. После достижения некоторого уровня, т.е. накопления определенного числа элементарных повреждений, происходит отказ оборудования системы электроснабжения. Если в случае внезапных отказов первое превышение предела прочности приводит к отказу оборудования, то в случае постепенных отказов необходимо интегрирование элементарных повреждений в различных его частях, обусловленных влиянием многих факторов, носящих случайный характер и приводящих к постепенному изменению состояний оборудования. Таким образом, необходимо, например, многократное превышение температуры изоляции сверх допустимой, многократное отключение токов КЗ выключателями, многократное воздействие неблагоприятных условий внешней среды и т.д.

Надежность наиболее распространенных элементов электрических сетей, таких, как силовые трансформаторы, кабельные линии, в значительной степени определяются надежностью работы изоляции, «прочность» которой изменяется при эксплуатации. Основной характеристикой изоляции электротехнических изделий является, как указывалось выше, ее электрическая прочность, которая в зависимости от условий эксплуатации и вида изделия определяется механической прочностью, эластичностью, исключающей возможности образования остаточных деформаций, трещин, расслоений под воздействием механических нагрузок, т.е. неоднородностей.

Разрушение изоляции при функционировании элемента происходит, в основном, в результате нагревания токами нагрузок и температурных воздействий внешней среды; механические нагрузки (вибрация, деформация, удары и др.) также вызывают разрушение изоляции.

Если изоляция находится под воздействием высокого напряжения, то на процессы старения изоляции заметно влияет электрическое поле. Вначале, когда изоляция новая и достаточно однородная, электрическое старение происходит медленно. При эксплуатации, вследствие тепловых и механических воздействий, сопровождающихся расслоением, возникновением воздушных прослоек, пустот, трещин, газовых включений, масла, электрическое старение становится заметным.

Среди перечисленных факторов, определяющих срок службы изоляции указанных элементов систем электроснабжения, одним из основных является тепловое старение. На основании экспериментальных данных было получено известное «восьмиградусное правило», согласно которому повышение температуры изоляции, выполненной на органической основе, на каждые 8 °С в среднем вдвое сокращает срок службы изоляции.

Другим важным фактором, вызывающим интенсивное старение изоляции, является механическая нагрузка, обусловленная электродинамическими процессами при резких изменениях тока, например при резкопеременной нагрузке силового трансформатора, частых набросах и сбросах нагрузки, сквозных токах КЗ. Механические характеристики прочности изоляции также зависят от температуры. Так, при ее увеличении предел механической прочности изоляции быстро снижается.

Указанные выше два фактора, влияющие на срок службы изоляции, тесно связаны между собой и зависят в значительной степени от качества изготовления электротехнического изделия, от однородности материала изоляции.

Опыт эксплуатации основного оборудования систем электроснабжения промышленных предприятий показывает, а статистика подтверждает, что наименьшее число отказов имеют воздушные и кабельные линии, затем масляные выключатели и другое оборудование. Более подробные сведения приведены в следующих главах книги.

Статистические исследования показали, что масляные выключатели в значительном числе случаев (от 17 до 35 %) отказывают при отключении токов КЗ и в большинстве случаев их отказ сопровождается КЗ в ячейке (от 66 до 100%), а следовательно, на шинах распределительного устройства (РУ).

Отказы большей части элементов систем электроснабжения: воздушных и кабельных линий, генераторов, трансформаторов, сборных шин, выключателей и разъединителей (в статическом состоянии) — сопровождаются обычно КЗ (одно-, двух- и трехфазными). Отказы такого вида не локализуются в отказавших элементах, а приводят к необходимости работы релейной защиты и автоматики, воздействующей на коммутационные аппараты (выключатели, автоматические воздушные выключатели и предохранители), которые локализуют отказ элемента и ограничивают зону и продолжительность его воздействия на другие элементы.

Коммутационные аппараты также могут отказывать при необходимости отключения (включения), т.е. при заявке на срабатывание. Кроме того, не каждый элемент в системе электроснабжения оборудован с двух сторон автоматическим коммутационным аппаратом, способным локализовать его отказ. Поэтому зона его действия на системы в зависимости от схемы коммутации может быть весьма обширной, даже при отказе одного независимого элемента.

Отказы электрооборудования в системах электроснабжения наносят ущерб не только потребителям, которые могут быть отключены от источников электроснабжения, но и самим системам электроснабжения, прежде всего потому, что приводят к внеплановым и аварийным ремонтам и ревизиям электрооборудования, связанным с расходами на производство и содержание ремонтного персонала. Изменения режима работы систем электроснабжения после отключения отказавшего оборудования вызывают перерасход топлива, увеличение потерь в сетях в послеаварийном режиме. Кроме того, отказы оборудования при неблагоприятном стечении обстоятельств могут развиться в тяжелые системные аварии.

Надежность подстанции как элемента системы электроснабжения зависит от быстроты и безотказности действия устройств релейной защиты, автоматического повторного включения линий и трансформаторов.

Устройства релейной защиты в период эксплуатации могут быть в следующих состояниях:

• полной работоспособности с включением во вторичные цепи из­мерительных трансформаторов и в оперативные цепи аппаратуры;

• полной работоспособности, но выведены из работы по вторичным и оперативным цепям;

• нечувствительности к повреждениям в зоне действия;

• подачи ложного сигнала в оперативные цепи при отсутствии каких-либо возмущений в первичной цепи.

Последние три состояния вызывают соответственно три вида отказов устройств релейной защиты и автоматики:

а) отказы в срабатывании при появлении повреждения или ненормального режима;

б) неселективные (неизбирательные) срабатывания при повреждениях на соседнем участке;

в) ложные срабатывания при отсутствии повреждений и ненормальных режимов.

Правильная организация системы ремонтов и профилактики электрооборудования, в том числе и устройств релейной защиты и автоматики, значительно повышает надежность подстанций, а, следовательно, и надежность системы электроснабжения в целом.

§2. Причины и закономерности появления отказов.

Причины, вызывающие отказы электрооборудования, подразделяют на объективные и субъективные. К группе субъективных факторов относят конструкционные, производственные и эксплуатационные, а объективных – внутренние и внешние дестабилизирующие воздействия. Конструкционные отказы обусловлены следующими ошибками при проектировании электрооборудования: нарушение требований стандартов, занижение запаса прочности, недостаточная проработка электрических схем или конструкций узлов. Производственные отказы вызваны нарушением технологии изготовления, применением некондиционных материалов, недостаточным контролем качества изделий. Конструкционные и производственные отказы обычно выделяют в начальный период эксплуатации. Они могут быть обнаружены в процессе испытаний в заводских условиях. Эксплуатационные отказы возникают из за нарушений установленных для конкретного электрооборудований условий эксплуатации, низкой квалификации электромонтеров или персонала, использующего электрооборудование, естественного старения и т. д. Эти отказы проявляются в течении всего срока службы электрооборудования. Внутренние объективные факторы ( условное название) – ТС, которые приводят к отказам из за старения или износа элементов электрооборудования. Внешними объективными факторами являются – климатические ( температура, влажность, солнечное излучение, атмосферное давление, примеси в воздухе). – механические воздействия ( вибрация, удары, ускорения). – биологическая среда ( грибки, насекомые, грызуны). Названные причины неравнозначно влияют на надежность электроустановок.. Для конкретных видов электрооборудования и условий эксплуатации обнаруживаются некоторые группы факторов, действие которых действие которых оказывается доминирующим. У асинхронных двигателей отказы происходят в основном за счет объективных эксплуатационных факторов и по сельскому хозяйству распределяются так: – увлажненной изоляции 25% – неполнофазного питания 20% – перегрузки 20% – затормаживание ротора 15% и прочих 20% По характеру проявление все отказы делятся на внезапные и постепенные. Внезапные отказы – характерезуются резким,скачкообразным ухудшением качества электрооборудования под воздействием внутренних дефектов, нарушений режимов или ошибок обслуживающего персонала. Обычно появлению внезапных отказов предшествует скрытые изменения свойств или пиковые электрические ( механические) перегрузки, которые не всегда удается обнаружить. Постепенные отказы – характерезуется медленным изменением свойств элементов электрооборудования и связей между ними.Они являются следствием старения, иногда, накопления установленных повреждений и изменений параметров рабочего процесса. Интенсивность внезапных и постепенных отказов, следовательно, и суммарная интенсивность зависит от продолжительности эксплуатации изделия.

§3. Некоторые законы распределения отказов.

Отказы в работе технических устройств как случайные события могут иметь различные законы распределения во времени. Для исследования надежности устройств или при оценке вероятности появления различного числа неисправных изделий при выборочной прверке партии изделий практическое значение имеют следующие законы распределения отказов:

1. Экспоненциальный;
2. Нормальный;
3. Рэлея;
4. Гамма распределения;
5. Вейбулла;
6. Биноминальное распределение
7. Распределение Пуассона.

Все эти законы очень сложны и мы посмотрим из них только часть. 1.Экспоненциальный закон распределения отказов. Экспоненциальное убывание во времени надежности устройства может иметь место только при постоянстве интенсивности внезапных отказов на их λ.Форулы имеют следующий вид : P(t) = ;Q (t) = 1–; Q (t) = λ*;T0 ==dt: где λ – средняя постоянная величина интенсивности внезапных отказов устройства в долях единицы на один час работы. t – время работы устройства в часах. Эти зависимости пригодны для исследования электрических машин в целом, так и поэлементно. Пример: Необходимо произвести приближенную оценку вероятности безотказной работы и среднюю наработку до первого отказа асинхронного двигателя для двух промежутков времени его работы t = 1000 ч и 3000ч, если интенсивность отказов λ = 20*. Решение : T0 = == 5*ч: При P(t) = ; P(1000) = == 0.98; P(3000) = == 0.94. Пример №2. Для системы автоматического управления известно λ = , время работыt = 50ч. Определить P(t),Q(t),a(t) – частота отказов, T0. Решение: P(50) = ===0,607 Q(50) – вероятность отказа; Q (50) = 1– P(50) = 1– 0,67= 0,393 T0 = == 1004; Q(50) = λ*= 0,01*= 0,00607. 2.Биноминальное распределение. Это распределение по своей форме описывает появление событий, имеющих два исхода, взаимно исключающих друг друга. Этими исходами в каких – то событиях могут быть – исправный или неисправный. Если в партии из 100 изделий 90 годных и 10 бракованных, то вероятность появления тех и других выражается в виде 0,9 годных и 0,1 бракованных, сумма вероятностей равна 1.Если в совокупность одинаковых изделий входят доля q исправных доля p неисправных изделий, то q+p= 1 Если из большой партии одинаковых изделий, содержаться р % неисправных , берется выборка в количестве n изделий, то вероятность появления различного числа неисправных изделий в этих выборках определяется коэффициентами членов биноминального разложения : = 1 Где: p= – доля единицы неисправных изделий в партии. q = – доля исправных или : +n*p +++ ………….+=1 Первый член показывает отсутствие неисправных изделий в выборке объемом из n образцов. Второй член n дает вероятность появления в выборке одного неисправного изделия. Третий член вероятность появления в выборке двух неисправных изделий и т.д. Последний же член определяет вероятность появление выборке n неисправных изделий. Пример: Из большой партии сельсинов, содержащих р% =5 % неисправных образцов, берется для использования в объекте выборка из 4 – х. машин (n =4).Определить вероятность появления в выборке 0,1,2,3, или 4 неисправных сельсина. p= = 0,05 доля единицы неисправных изделий в партии,q = 0,95. При этом = 1. Решение: Вероятность появление в выборке 0 неисправных сельсинов ==0,8145 Вероятность появления в выборке 1 неисправного сельсина n *p = 4**p = 4* 0,05 = 0,1715. Вероятность появления в выборке двух несправных сельсин. n! – эк. факториал, образует последовательность 1*2*3* ……….*n. = = 6*=6*=0,0136. Вероятность появление в выборке 3 – х неисправных сельсинов. = 4*q= 4* (0,95)*= 0,0004. Вероятность появления в выборке 4 – х неисправных сельсинов. = = 0,00000625 В выборке из партии машин, состоящей из 4 – х сельсинов, вероятность отсутствия в ней неисправных образцов составляет 0,8145, а вероятность появления в этой выборке 4 – х неисправных сельсинов равна нулю. = 1 q –исправные изделия р – неисправные изделия n – количество изделий. p= ; q =+n*p +++ ………….+=1 2! = 1,2. 3! = 1,2,3. Лекция 2А Н2 ( надежность)Тема: « Различные периоды работы технических устройств. Надежность систем из последовательно и параллельно соединенных элементов».Различные периоды работы технических устройств. При рассмотрении работоспособности любого технического устройства или изделия различают три периода его жизни. а) Период приработки : в это время проявляется конструктивные и технологические отказы внезапного характера. Постепенные отказы практически отсутствуют за счет устранения дефектных элементов и мест некачественной сборки и по мере приработки деталей интенсивность отказов уменьшается и в конце периода снижается до некоторого наименьшего значения. Графически это выглядит следующим образом : Изменение интенсивности внезапных отказов в период приработки ( участка 0 – t). Примерно описывается методом Вейбулла. б) Период нормальной эксплуатации . На этом интервале внезапные конструктивно– технологические отказы продолжают уменьшаться, но одновременно возрастает доля постепенных отказов. Изменение интенсивности постепенных отказов в период нормальной эксплуатации.( участок t1 – t2) Участок нормальной эксплуатации обычно в десятки раз продолжительнее периода приработки. На этом участке показатели надежности достаточно строго описываются экспоненциальным распределением случайных величин. в) Период износа. В это время преобладают постепенные отказы из – за износа и старения электрооборудования. Интенсивность отказов постепенно растет, причем темпы роста трудно прогнозировать. На рисунке 2 это характеризуется участком t2 – t3. Для описания показателей надежности в большей мере подходят закономерности нормального распределения случайных величин. Суммарный же график жизни устройства будет иметь вид : λп – постепенные отказы. λв–внезапные отказы. λn– износовые отказы. Описанная закономерность появления отказов позволяет сделать следующие выводы по организации рациональной эксплуатации электрооборудования. При приработке оборудованию необходим более тщательный надзор за каждым элементом и постоянный контроль за режимом работы. В период нормальной эксплуатации нельзя нарушать периодичность обслуживания электрооборудования, т.к. это увеличивает интенсивность отказов и преждевременно наступит период износа. В начальный период износа электрооборудование должно быть направлено в капитальный ремонт или снято с эксплуатации. Пример расчета надежности электродвигателей в эти периоды работы можно найти в книге Ермолин Н.Л., Жерихин Н.Г. « Надежность электрических машин» , Л. Энергия, 1976 г.

Анализ отказов оборудования с использованием Специального ПО

Отказ оборудования может привести к продолжительной остановке производственных линий и связанным издержкам. Своевременное выявление характера и причин неисправности позволит свести на минимум потери, быстро восстановить нормальный рабочий цикл предприятия. Использование при анализе программное обеспечение, например QR Учет имущества, существенно ускоряет процесс обработки необходимой для принятия верных управленческих решений информации.

1. Отказ оборудования: методология и практика.
2. Способы анализа отказов оборудования.
3. Причины и последствия отказов технологического оборудования.
4. Формирование актов отказа оборудования.
5. Преимущества от использования специального ПО.

Методология анализа отказов оборудования

Выявление и анализ отказов технологического оборудования позволяет решить сразу две приоритетные задачи:

• Устранить неполадки и восстановить рабочий процесс.
• Понять причины произошедшего, предотвратить повторение аналогичных и схожих ситуаций в будущем.

Также понимание сути проблемы и соответствующих причинно-следственных связей дает возможность сократить затраты времени на ликвидацию аварий в дальнейшем.

Основные методы анализа строятся вокруг выявления закономерностей, делятся на количественные и качественные по принципам реализации.

Качественный подход

Метод предполагает выявление логических закономерностей появления неисправностей на основе анализа выборочных сведений. Точность расчетов находится в прямой зависимости от квалификации ответственного специалиста. Предполагается три способа исследования:

1. Причинно-факторный. Служит для выявления типовых проблем локального характера (для оборудования, участка и т. д), основан на выборках по числу происшествий, способам устранения, типам использованных запчастей и т. п.
2. Временной. Применяется для определения циклических закономерностей при возникновении аварий. Предполагается анализ трех и более циклов – сезонов, недель, дней, часов.
3. Пространственный. Дает возможность увидеть слабые места предприятия, технологических линий, конкретных машин и т. п. Основан на анализе происшествий по месту их выявления, с учетом иерархии на ступень ниже. Пример: исследование отказов по участкам в рамках цеха.

Максимальной эффективности можно достичь путем совмещения упомянутых способов. Но, повышаются требования к уровню подготовки специалиста, фактические сроки выполнения задачи.

Дополнительно приведенные методы анализа могут использоваться для предварительной оценки состояния машин, эффективности проводимых ремонтных/профилактический/реорганизационных работ.

Количественный метод

Предполагается анализ всей совокупности данных о нарушениях с целью численно определить характерные показатели для происходящих в оборудовании процессов. Метод носит стандартизированный, алгометрический характер, в меньшей степени зависит от подготовки специалиста, при сравнении с описанными выше подходами. Для эффективного применения данного способа необходимо учитывать ключевые параметры надежности:

• Коэффициенты готовности, технического использования и сохранения эффективности.
• Свойства долговечности объекта и сохраняемости рабочих функций.
• Характеристики безотказности и ремонтопригодности.

В указанном контексте, отказ оборудования может быть вызван фактическим износом, браком, либо внештатной ситуацией. Конкретная причина определяется по характеру возникших отклонений, наличию несоответствий между заданными эксплуатационными качествами и произошедшим.

Количественные методы исчерпывающе регламентированы российскими ГОСТ (серия 27).

Практика: функциональные отказы, разновидности, причины и последствия

Термин отказ характеризует состояние системы, при котором выполнение заданных рабочих функций невозможно, либо существенно затруднено (не удается поддерживать регламентированный уровень производительности). Оценить данные нарушения можно по следующим критериям:

• Характер изменений параметров: параметрические (постепенные) или внезапные.
• Наличие связи с отказами на других объектах: локальный отказ, либо связанный с неполадками на стыковом оборудовании.
• Предпосылки возникновения: деградационные, конструктивные, эксплуатационные, производственные.
• Способ проявления: явное или скрытое нарушение.
• Устранение: путем внешнего вмешательства, самоустраняющиеся и перемежающиеся нарушения (многократные, самоустраняющиеся, носят один и тот же характер).
• По степени влияния на рабочие функции: полный или частичный выход оборудования из строя.
• Временные рамки: отказ возник в приработочный период (начальный), во время нормальной эксплуатации, на стадии существенного износа.

Наиболее распространенные причины возникновения нарушений в работе машин: физический износ, ошибки персонала и несоблюдение правил эксплуатации, заводские дефекты, экстремальные перегрузки (вызванные внештатными ситуациями), сбои в системах управления/контроля.

Иногда оборудование выходит из строя при совпадении сразу нескольких указанных выше факторов и характеризуется совокупностью связанных признаков.

Последствия технических отказов на примере обратных связей в системах управления процессами на производстве

Отказы оборудования приводят к целому ряду негативных последствий, вызывая цепные реакции. В результате предприятие теряет возможность полноценно выполнять свои задачи, несет экономические убытки. По указанной причине, данный аспект является наиболее критичным в профессиональной деятельности технических специалистов и руководителей предприятий.

Система управления производственными процессами функционирует как целостная структура в единой цепи со всеми связанными объектами. Выход из строя любого критичного элемента (оборудования) ведет к серьезному сбою и требует немедленного устранения. Здесь возможно два варианта действий:

• Замена отказавшей машины резервной.
• Временная остановка соответствующего участка/линии.

В обоих случаях проводится анализ отказа с выявлением не только его причин, но и последствий для функционирования системы в целом. При устранении неполадок также учитывается целостность производственной цепочки, соответствующим образом подбираются варианты устранения нарушений.

Также некоторые виды сбоев в работе оборудования непосредственно связаны с процессами, происходящими в системах управления. Всегда необходимо точно выявить и устранить основную причину. Пример: отказ станка произошел из-за ошибки при передаче данных от центрального пульта. Запуск машины не решает главной проблемы и не исключает ее повторения в будущем. Правильные действия – перенастройка ПУ и отладка связанных коммуникаций.

Составление актов отказа оборудования: правила оформления, инструкция

При отказах оборудования на производстве (независимо от причин) всегда составляется акт. На основе указанной в документе информации принимаются организационные решения о выборе способов устранения выявленных неисправностей. Обязательными к внесению сведениями являются:

• Наименование оборудования, паспортные данные и ключевые технические параметры.
• Обнаруженные неисправности (возможно добавление утвержденных руководителем фото и распечаток).

Пошагово, составление акта выглядит следующим образом:

• В верхней части документа прописывается его название, отражающее суть содержания.
• Далее указываются сведения об эксплуатирующем оборудование предприятии, включая организационно-правовой статус.
• Следующий блок данных – информация об оборудовании: наименование, заводской номер, дата приобретения и монтажа, номер счета, с которого осуществлялась покупка.
• Шапка дополняется описанием выявленной неисправности, при этом используются максимально четкие формулировки, не допускающие двойных толкований.
• Оформляется таблица с графами “мероприятия” и “результат”, указываются соответствующие действия и выявленные нарушения с разбивкой по пунктам, если требуется.
• Делается заключение о полной, либо частичной непригодности к дальнейшему использованию.
• В завершении документ подписывается ответственным техническим специалистом и руководителем компании, вносятся контактные данные, ставится печать организации.

Приводим пример бланка акта об отказе оборудования с таблицей:

По аналогии, подобные акты можно составлять для оборудования любого типа – от бытовой техники до многофункциональных станков на сложном производстве.

Акт – это полноценный документ, на основании которого можно обращаться в суд, если отказ произошел по вине изготовителя оборудования/техника находится на гарантии от продавца.

Использование специализированного ПО при анализе отказов оборудования

В современных условиях процесс анализа оборудования можно существенно оптимизировать, используя специальное программное обеспечение. Подход тем более актуален для выявления неполадок и их причин на крупных производственных линиях. Суть процесса заключается в быстром сборе и приведении к общему стандарту больших массивов данных, при этом исключаются ошибки, вызванные с человеческим фактором.

Характерный пример: QR учет имущества, с помощью которой можно настроить сбор данных о работе оборудования, хранение в едином хранилище и стандартизация для последующего анализа. В результате специалист получает исчерпывающий объем сведений, на основе которых может сделать выводы о характере и причинах неисправности, выбрать эффективные способы ее устранения. Далее соответствующие распоряжения передаются на звено непосредственных исполнителей ремонтных работ.

Поэтапно, анализ отказов выглядит так:

• Сбор сведений, как удаленно (отчеты об ошибках, дистанционные замеры показателей и т. п), так и на месте аварии (эмпирические исследования объекта).
• Передача данных в единую базу и их упорядочивание.
• Анализ полученных сведений ответственным специалистом, выбор путей решения проблемы.
• Передача распоряжений исполнителям в понятных формулировках.
• Контроль выполнения работ
• Контроль показателей работы оборудования после ремонта с использованием чек-листов.

Далее неполадки устраняются, либо выводится заключения о невозможности привести оборудование в работоспособное состояние без его передачи специализированному сервису.

Ключевые преимущества системного подхода с использованием QR Учет имущества – минимизация случайных ошибок и высокая скорость. Результат – снижение фактических убытков предприятия за счет сокращения времени простоя.

Подведем итоги

Отказы оборудования – наиболее распространенная причина срыва рабочего плана на предприятии. От скорости устранения возникшей проблемы прямо зависят незапланированные издержки и косвенные убытки (недополученная прибыль). Применение специального ПО позволяет повысить точность анализа, увеличить его скорость и сократить трудоемкость связанных процессов. При этом необходимо понимать базовые принципы: методы анализа, основные разновидности, причины и последствия отказов, причинно-следственные связи в сложных системах, правильно заполнять соответствующую отчетную документацию.