ГЛАВА 11

РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ УЩЕРБА ПРИ ОТКАЗАХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

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

Чтобы получить более полное представление о возможных экономических убытках в электрохозяйстве предприятий, необходимо уметь определить количественные показатели ущерба при отказах АД. Это тем более важно, что АД являются самым массовым видом приводных электродвигателей на многих промышленных предприятиях и уровень их безотказной работы во многом определяет показатели электрохозяйства в целом.

Суммарный экономический ущерб

, руб./г. при отказах электродвигателей состоит из ущерба от простоя оборудования, обусловленного недовыпуском продукции У_пр и затрат на ремонт отказавших электродвигателей У_р или приобретение новых электродвигателей У , т. е.

Если принять меры к обеспечению безотказности работы электродвигателей за счет использования специальных защит, то общий ущерб при отказах электродвигателей снизится за счет снижения или полного отсутствия второго слагаемого (У_р или У_н) в формуле (11). Первое слагаемое в формуле полностью исключить практически невозможно, поскольку может наблюдаться простой оборудования из-за отключения защиты электродвигателей от сети при возникновении ряда причин, которые при отсутствии защиты привели бы к повреждению электрической машины, а именно: выпадению одной из фаз питающей сети, технологическим перегрузкам, чрезмерному колебанию напряжения сети и др.

С учетом затрат на спецзащиту общий экономический ущерб можно выразить следующим образом, руб./г.:

где V₁, V₂, V₃ -коэффициенты эффективности применения спецзащит (при V₁ = 1 отсутствует ущерб от простоя оборудования; V₂ = 1 – отсутствует ущерб, связанный с затратами на приобретение новых электродвигателей; V₃ = 1 -отсутствует ущерб на ремонт поврежденных электродвигателей);

T_ok – срок окупаемости затрат на разработку и применение спецзащит;

t_i – текущий i-й момент времени эксплуатации электро-двигателей.

При расчетах экономической эффективности принимается, что

0 ? ti ? T_ok.

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

В соответствии с существующей много лет Методикой определения экономической эффективности использования новой техники, изобретений и рационализаторских предложений нормативный срок окупаемости дополнительных капитальных вложений на электротехническое оборудование принят 6,7 г.

Расчетный срок окупаемости дополнительных затрат на спецзащиту можно определить, как отношение затрат У_с к эффекту, вызванному этими затратами, т. е.

Упрощенный подсчет годового ущерба, руб., от простоя технологического оборудования при отказах электродвигателей производится по следующей формуле:

где У – удельный ущерб от недовыпуска изготовляемой продукции, руб./(кВт-ч);

P_i – номинальная мощность электродвигателя /-го типоразмера, кВт;

n_i – число отказавших электродвигателей i-го типоразмера, шт.;

t_i – время простоя оборудования из-за демонтажа поврежденного и монтажа резервного электродвигателя, ч. Удельный ущерб, руб./(кВт-ч), от недовыпуска продукции можно найти из следующей формулы:

где С – стоимость годового выпуска продукции (фабрики, цеха и т. п.), руб.;

P_?уст – суммарная установленная мощность электродвигателей оборудования на данном производстве, кВт;

T_o – годовой фонд односменной работы оборудования, ч;

k₁ – средний коэффициент сменности в году;

k₂ – коэффициент использования оборудования в году с учетом потерь времени на ремонт оборудования, болезни рабочего персонала и т. д.

Для более точной оценки 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 выплату зарплаты работникам У_з в период простоя, а в знаменателе формулы суммарную установленную мощность электродвигателей необходимо заменить потребляемой мощностью этих электродвигателей P_?потр .

В соответствии с корректировкой формула (15) примет следующий вид:

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

где 0,5 – 50%-ная выплата работникам в период простоя;

З_рч – почасовая заработная плата работников, руб./ч;

a – число машин, обслуживаемых одним работником;

k – коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и начисления;

m – число возникающих неисправностей (отказов);

t_пр – продолжительность простоя, ч.

Расчеты показали, что значения удельного ущерба, подсчитанные по формулам (15) и (16), в большинстве случаев отличаются друг от друга незначительно. Это следует из того, что некоторое увеличение числителя в формуле (16) за счет дополнительного слагаемого У_з компенсируется в этой формуле увеличением знаменателя P_?потр > P_?уст .

Ущерб (руб.) из-за капитального ремонта поврежденных электродвигателей определяется по следующей формуле:

где С_pi – стоимость капитального ремонта одного электродвигателя і-го типоразмера, руб.;

l – число поврежденных электродвигателей, подлежащих капремонту.

Основным критерием экономической оценки безотказности работы электродвигателей должно явиться условие минимума двух первых слагаемых ущерба в формуле (12), т. е.

(1 – ?₁)У_пр + (1 – ?₃) У_р = min. (19)

Такое условие достигается за счет возрастания коэффициентов эффективностей, т. е. при прочих равных условиях:

(1 -?₁) + (1 -?₃) = min

?₁ + ?₃ = max. (20)

Возрастание коэффициентов эффективности связано с повышением доли 4-го слагаемого в формуле (12), т. е.

Однако значение этого слагаемого с течением времени t снижается и при t = Т_ок становится равным нулю.

Если расчетный срок окупаемости Т_ок превысит нормативный срок Т_н, то дополнительные приращения затрат по обеспечению безотказной работы электродвигателей следует признать экономически неоправданными, и наоборот.

Однако следует принять во внимание, что применение спецзащит электродвигателей от аварийных режимов работы должно быть исключительной мерой, так как связано со значительными затратами. Кроме того, при этом нарушается бесперебойность технологического процесса, что вызывает справедливые нарекания со стороны технологической службы предприятия.

Например, обрыв фазы у электродвигателя или его перегрузка могут иметь скрытые причины возникновения, например, из-за износа и старения изоляции обмотки. Поэтому вместо того, чтобы устанавливать в этих случаях соответствующие спецзащиты, целесообразней осуществлять контроль за скоростью старения изоляции обмотки электродвигателей. Износ и старение изоляции являются одной из наиболее «коварных» причин выхода электродвигателей из строя из-за того, что отсутствуют внешние признаки их выявления.

Процесс старения и износа изоляции обмоток электродвигателей представляет собой совокупность ряда причин: срока службы изоляции, влияния параметров окружающей среды, степени нагрузки на валу электродвигателей и др. При неблагоприятном стечении этих факторов возникает форсированное старение изоляции с резким ухудшением ее электрических свойств.

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;

?_н – нормативная предельная температура нагрева для изоляции класса А, °С;

? – 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.