МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский государственный агроинженерный университет

имени В. П. Горячкина

А.А. Медведев, В.А. Лавров

Эксплуатация электрооборудования

и средств автоматизации

Методические рекомендации

по выполнению курсовой работы

Москва 2013 УДК 631.371.004 Авторы: Медведев А. А., Лавров В.А.

Эксплуатация электрооборудования и средств автоматизации.

Методические рекомендации по выполнению курсовой работы для бакалавров факультета заочного образования по профилю «Электрооборудование и электротехнологии». Указания составлены в соответствии с программой дисциплины « Эксплуатация электрооборудования и средств автоматизации». М.: ФГБНУ ВПО МГАУ имени В.П. Горячкина.»2013.- 49 с.

Приведены исходные данные по курсовой работе, необходимые справочные материалы, методические рекомендации и порядок выполнения.

Общая часть Курсовая работа является одним из важных этапов изучения студентами курса "Эксплуатация электрооборудования". Целью работы является закрепление и углубление знаний в области эксплуатации электрооборудования сельскохозяйственных предприятий.

Курсовая работа выполняется в течение семестра и должна состоять из расчетно-пояснительной записки с приложением необходимых таблиц, рисунков, схем и графического материала. Курсовая работа выполняется в соответствии с заданием, в объёме и по вариантам, указанным в табл. 1…3. Номер варианта принимается по предпоследней цифре шифра студента (таблица 1), а нагрузки, характер помещения и выборка принимаются по последней цифре шифра таблицы 2,3,приложение 23). Получив номер варианта, например 12, студент должен в письменной форме ответить на 7 вопросов, сформулированных в табл. 1 (конкретные данные брать по варианту 1, а потребители принять по табл. 3 по варианту 2) При выполнении курсовой работы, кроме настоящих методических рекомендаций, необходимо пользоваться рекомендованной литературой.

1. Задания и исходные данные.

1. Для данных потребителей (рис.1) определить: электрические параметры, исполнение по условиям окружающей среды, степень защиты в соответствии с характером (индексом) помещения, указанного в п. 2. Выбрать аппаратуру защиты и управления, тип светильников, марки и сечения проводов (кабелей) при заданном коэффициенте загрузки КЗ.

2. Заполнить журнал учета электрооборудования, установленного в помещении, которое указано в табл. 2.

3. Определить годовые трудозатраты (Тгод), в человеко-часах, технического обслуживания и текущего ремонта электрооборудования, указанного в табл. 3 при использовании электродвигателей в течение суток (раб.) и числе щитов (nщ). Построить график ППРЭсх. Определить требуемое число электромонтеров в хозяйстве, с учетом табл. 1.

4. Определить необходимое число резервных электродвигателей (m) при числе однотипных (взаимозаменяемых) электродвигателей (n), среднем сроке службы электродвигателя до отказа (Тсл), среднем времени нахождения двигателя в ремонте (tрем), допустимом времени простоя технологического процесса (tпр.доп). и коэффициенте временного использования двигателя в течении года (Кисп).

5. Проверить гипотезу о принадлежности, полученной в результате испытаний ламп накаливания, выборки экспоненциальному закону.

Определить время замены ламп при условии, когда останется заданное число исправных ламп указанное в табл. 1.

6. Определить оптимальную периодичность ( tопт) выполнения текущего ремонта электродвигателя № 1 при его эксплуатации по системе ППРЭсх, для законараспределения наработки до отказа Вейбулла-Гнеденко, с параметрами a и b, и соотношении затрат на устранение отказа электродвигателя (с учетом технологического ущерба) и на выполнение планово-предупредительного текущего ремонта Сар / Cпр.

7. Выбрать форму обслуживания, структуру управления, руководителя электротехнической службой, разработать базу (пункт) технического обслуживания хозяйства при объеме работ Q (УЕЭ), указанном в задании.

Исходные данные к пунктам задания по вариантам принимаются по табл.1.

Ния варианта "1" "2" "3" "4" "5" 2. Методические указания и порядок выполнения работы.

Выполнение курсовой работы начинается с подробного изучения задания и составления расчетной схемы (рис.1) применительно к варианту задания. Затем составляется расчетно-пояснительная записка, в которой последовательно даются письменные ответы на все поставленные вопросы.

Рис.1.Схема включения электроприемников.

1. По каталожным данным (1,3,7,9 и др.) необходимо определить электрические параметры электропотребителей: номинальные данные, рабочие (с учётом коэффициента загрузки Кз) и пусковые (с учётом кратности пускового тока Кi ) токи.

токоприёмников выбираются в соответствии со схемой рис.2.

В общем виде условия выбора электрических аппаратов следующие:

где Uн.а, Uк – номинальные напряжения аппарата (автоматического выключателя, теплового реле) и катушки магнитного пускателя ; Iн.а, Iн.расц. – номинальный ток аппарата и расцепителя соответственно; Iуст.тр, Iуст. эм. – токи уставки теплового и магнитного расцепителей.

Рис. 2. Электрическая схема включения асинхронного двигателя.

При выборе автоматического выключателя учитываются условия (1),(2), (3), (4), (5); теплового реле – (1), (2), (3), (4); магнитного пускателя – (1), (2), (6).

Максимальный рабочий ток, используемый в условиях выбора (2), (3) и (4), для одиночных электродвигателей:

(7) (8) Для участков сети с несколькими электродвигателями или другими электроприемниками Iраб.макс. определяется с учетом одновременности включения электроприемников, а пусковой ток – с учетом того, что электродвигатель с наибольшим пусковым током Iпуск.макс. запускается, а все остальные электроприемники, работающие в это время, имеют Iраб.макс.:

где Код – коэффициент одновременности работы электроприемников; n – число присоединенных к линии электроприемников.

Сечение проводов и кабелей для силовых и осветительных электроприемников при их защите как от коротких замыканий, так и от перегрузок, определяется по таблицам допустимых токовых длительных нагрузок Iн.длит., приведенных в [1,2,3,9, 11] и частично в таблицах П-1, ППри этом расчетное значение допустимой нагрузки на провод или кабель при нормальных условиях прокладки выбирается как большая величина из соотношений:

где Iдлит. – длительный максимальный ток, протекающий по линии; Iз – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата, Кз – кратность длительно допустимого тока для провода или кабеля по отношению к номинальному току или току срабатывания (току уставки) защитного аппарата.

Значение коэффициента Кз в зависимости от условий прокладки и типа защитного аппарата приведено в таблице П-3.

Кроме выбора электрооборудования по электрическим параметрам, оно должно выбираться по условиям окружающей среды. Для этого необходимо знать классификацию производственных помещений по электрооборудования, категории размещения и степени его защиты. Эти рекомендации по выбору электродвигателей с учетом условий окружающей среды, характеристика проводов и кабелей, применяемых в сельском хозяйстве, рекомендации по применению марок проводов и кабелей в сельскохозяйственных помещениях с различными способами прокладки.

Типы и области применения светильников с лампами накаливания приведены в П-4.

2. Заполнение журнала учета электрооборудования осуществляется после выполнения п.1 задания. Форма журнала и рекомендации по ее заполнению приведены ниже.

Инв. Объект Характе- Едини- Кол- Дата Среда, в Число Число Удаленца из- самостоятельно (столбец 1). Объект и электрооборудование (столбец 2) принимаются из задания и по результатам расчета по п.1 задания. В соответствующего вида электрооборудования: для электродвигателей указывается тип, мощность, частота вращения; для пускозащитной аппаратуры – тип, ток; для электропроводок - тип, сечение, способ прокладки и т.п. Дата установки (столбец 6) указывается на момент самостоятельно в пределах до 15 км.

3. Годовые плановые трудозатраты на выполнение технического обслуживания (ТО) текущего (ТР) и капитального (КР) ремонта определяются по формуле:

где mтоi и mтрi – число технических обслуживаний и текущих ремонтов в году i-го вида электрооборудования (i = 1, 2, 3... k); tтоi и tтрi – соответственно трудоемкость технического обслуживания и текущего ремонта i-го вида электрооборудования в час; Ткр – трудоемкость капитального ремонта силовых и осветительных электропроводок; ni – число однотипного оборудования i-го вида.

Число текущих ремонтов и технических обслуживаний в году i-го вида электрооборудования определяется из выражений:

где Птрi и Птоi – периодичность (в месяцах) выполнения текущих ремонтов и технических обслуживаний i-го вида электрооборудования.

электропроводок:

где mкрi – число капитальных ремонтов i-го вида электропроводки; tкрi – трудоемкость капитального ремонта i-го вида электропроводки; L – длина электропроводки данного типа (км).

где Пкрi – периодичность выполнения капитального ремонта i-го вида электропроводки.

Трудоемкость и периодичность проведения ТО, ТР и КР даются в системе ППРЭэх [13]. Некоторые извлечения из нее приведены в таблицах П-6 … П-11.

Результаты расчетов годовых плановых трудозатрат на выполнение ТО, ТР и КР необходимо свести в таблицу. По результатам расчетов необходимо составить график ППРЭсх. Форма графика и пример его заполнения приведены в 13.

При определении численности электромонтеров в целом по хозяйству необходимо иметь в виду, что кроме выполняемых электромонтерами плановых профилактических работ, они затрачивают определенное время на оперативные (внеплановые) работы и на разъезды, связанные с разбросанностью электрооборудования по производственным объектам.

Поэтому численность электромонтеров в целом по хозяйству определяется по выражению:

где Т = 1,15kТ' ; Т' = Т'год + Т"год ; 1,15 – коэффициент, учитывающий затраты времени электромонтеров на оперативное обслуживание;k – коэффициент, учитывающий затраты времени на разъезды, значения которого принимаются в зависимости от среднего расстояния обслуживаемых объектов до пункта технического обслуживания или электроцеха (при L = 5 км, k = 1,14; L = 10 км, k = 1,23; L = 15 км, k = 1,32);

Т"год принимается по варианту задания (табл. 14.1).

4.При выполнении этого пункта задания следует предварительно ознакомиться с [9, 12]. Выполнение задания начинается с составления графа возможных состояний парка однотипных электродвигателей, который включает в себя n электродвигателей, установленных на рабочих машинах (число их задается вариантом задания) и m резервных электродвигателей (число их подлежит определению), причем m < n.

Состояние парка (m + n) электродвигателей Sк определяется числом отказавших электродвигателей:

к = 0, S0 – отказавших электродвигателей в парке нет;

к = 1, S1 – в парке имеется один отказавший электродвигатель и т.д.

до к = n + m, Sn+m – все имеющиеся в парке электродвигатели отказали и направлены в ремонт.

При 1 < k < m + 1 простои технологических процессов при отказах рабочих электродвигателей отсутствуют, так как имеется резерв, который еще не исчерпан.

При m + 2 < k < m + n имеют место простои технологических процессов:

при к = m + 2 простаивает один технологический процесс, при k = m + простаивают два технологических процесса и т.д.

Поскольку надежность электродвигателей и продолжительность нахождения электродвигателей в ремонте описывается экспоненциальным законом с параметрами и, то их значения определяются через заданные параметры среднего срока службы электродвигателя T сл и среднего времени нахождения электродвигателя в ремонте t рем :

Вычисление вероятностей нахождения парка электродвигателей в любом k состоянии Pk в общем случае осуществляется по формулам:

Зная вероятности Pk, определяют среднее число простаивающих технологических процессов nпр при фиксированной величине m:

По известному среднему числу простаивающих технологических процессов определяется среднее время простоя технологического процесса:

где kисп – усредненный коэффициент использования по времени электродвигателя на технологическом процессе (задается вариантом задания). Сравнивая tпр ( при m = 0 ) с допустимым временем простоя tпр.доп, которое задается вариантом задания, делается вывод о достаточности или недостаточности резерва. Если t пр tпр.доп, то расчет заканчивается. Резерв не нужен. Если t пр. > tпр.доп., то задаются m = 1 и указанная процедура расчета повторяется. Если и в этом случае t пр. > tпр.доп., то задаются m = 2 и т.д. до тех пор, пока t пр будет меньше или равна tпр.доп.

Определение числа резервных электродвигателей целесообразно осуществлять в табличной форме (табл. 4), первоначально определив отношение Pk / Po при значении К от 0 до n + m.

n+m Значение Pk / Po определяют из соотношений:

Pk / Po = nm+1k Процедура вычислений отношений Pk / Po при заполнении столбца таблицы сильно упрощается, если использовать соотношения:

Значение Ро определяется путем деления 1 на сумму значений столбца 2. По найденному значению Po определяется Pk. Зная вероятности Pk и используя выражения (18) и (19), определяют величины n пр и t пр.

Примечания: сумма значений Pk по столбцу 3 должно равняться единице; при большом парке электродвигателей (m + n) вероятности Pk (кроме P1 и P2) могут иметь весьма маленькие величины, что требует вычисления их с большой точностью (не менее пяти знаков после запятой).

5. Проверка гипотезы о принадлежности выборки предполагаемому закону распределения осуществляется в следующей последовательности:

а) по данным наработок, составляющих выборку, образуется вариационный ряд – упорядоченный в порядке возрастания ряд случайных величин (наработок), составляющих выборку;

б) определяются крайние порядковые статистики вариационного ряда – первый наименьший и последний наибольший члены вариационного ряда;

в) определяется размах вариационного ряда (разность между крайними порядковыми статистиками tмак. и tмин), число интервалов (К), ширина интервала (t) и границы каждого интервала. Число интервалов, на которые следует делить размах вариационного ряда, не должно быть слишком большим и слишком малым. К сожалению, конкретные рекомендации по этому вопросу отсутствуют. Поэтому выбор числа интервалов является предметом интуиции и искусства исследователя и зависит от характера статистического материала и объема выборки, который в данном случае должен составлять не менее 100 значений.

Обычным является 6 – 10 интервалов, причем меньшее число интервалов относится к меньшему объему выборки;

г) определяется число попаданий (ni) отказавших изделий в принятый интервал и середину интервала ( заметим, что сумма ni всех интервалов равна общему числу изделий (N) ;

д) определяются точечные значения параметров предполагаемого типа функции распределения методом моментов. Хотя для экспоненциального закона распределения достаточно использовать один начальный момент математическое ожидание t (в данном случае средний срок службы ламп Тср.).

где tiср – середина значений наработок i-го интервала.

Проверка правдоподобия гипотезы о принадлежности рассматриваемых наработок предполагаемому закону распределения осуществляется по критерию согласия Пирсона-Романовского:

где X2 – распределение хи – квадрат, определяется по выражению 22;

S – зависит от числа выбранных интервалов и параметров выбранного распределения;

где ni Т – теоретическая частота попадания в i-й интервал. Вычисляется по формуле:

где fi (t) – плотность распределения наработок до отказа.

При экспоненциальном законе со сдвигом где tiмин – минимальное значение наработок первого интервала группировки;

где К – число интервалов группировки; d – число параметров выбранного распределения ( для экспоненциального распределения, имеющего один параметр, d = 1).

Если значение вычисленного по формуле (21) критерия ПирсонаРомановского меньше 3, то гипотеза подтверждается, если больше – отвергается.

Для определения времени замены ламп необходимо в формулу Р(t) = e- · t подставить заданное значение вероятности безотказной работы, а вместо t подставить Tзам - t мин и решить уравнение относительно Тзам..

Процедуру вычислений можно упростить, если ввести сдвиг (С), равный первому наименьшему члену ряда, и новые границы интервалов (путем вычитания из старых границ величины сдвига). При этом фактический средний срок службы будет равен сумме сдвига и среднего срока службы при новом интервале, а плотность распределения наработок до отказа и интенсивность отказов могут быть определены по выражениям (27) и (28):

Проверку степени согласования теоретического и статистического распределения целесообразно проводить в табличной форме. При этом в таблицу вводится значение нового интервала и значение середины нового интервала (табл.5).

t, границы интервала n,число попаданий в интервал tср. n, значение наработок попаданий в интервал 6. При эксплуатации электродвигателя по системе ППРЭсх основным параметром, влияющим на его надежность и эксплуатационные затраты, является периодичность проведения текущего ремонта (интервал времени или наработки между двумя текущими ремонтами.) В настоящее время периодичность проведения текущих ремонтов регламентирована системой ППРЭсх. Однако регламентированные периодичности носят усредненный характер и не учитывают многих конкретных факторов при эксплуатации электродвигателей. Поскольку изменение периодичности проведения текущих ремонтов влияет на эксплуатационную надежность электродвигателей и затраты на их проведение, причем это влияние является взаимно противоположным, можно ставить вопрос об определении оптимальной периодичности проведения этого профилактического мероприятия.

Определение оптимальной периодичности проведения текущего ремонта tопт осуществляется из условия минимизации средних удельных эксплуатационных затрат З(t) на цикле регенерации (восстановления) и выражается формулой [9,12]:

электродвигателя на технологическом процессе и с проведением планового текущего ремонта соответственно; P(t) - функция надежности работы электродвигателя).

При законе надежности Вейбулла-Гнеденко где а – параметр масштаба (имеет размерность времени); b – параметр формы кривой (безразмерная величина).

Другими важными характеристиками надежности электродвигателей являются:

функция распределения времени работы электродвигателей до отказа (функция ненадежности) интенсивность отказа электродвигателя в любой момент времени (локальная характеристика) среднее время работы электродвигателя до отказа где Г(1+1/b) – гамма-функция, значения которой приведены в таблице П-5.

Другие составляющие, входящие в выражение (29), означают: Рt dt – среднее время между двумя восстановлениями произвольного типа (аварийными или профилактическими) при периодичности проведения текущего ремонта tп; Q(tп) – вероятность отказа электродвигателя до электродвигателя при t = tп. Заметим, что Р(tп) + Q(tп) = Если взять первую производную от выражения (29) и приравнять ее нулю, то после преобразования получим уравнение для определения tопт:

где (tп) – интенсивность отказа двигателей в момент времени t = tп.

Нахождение tопт из уравнения (34) осуществляется графическим способом. Принимая различные значения tп., необходимо построить функцию Откладывая по оси ординат значение этой функции, соответствующее (tп) = Спр / (Сар – Спр), по оси абсцисс находим tопт.

При построении функции (tп) наибольшую трудность представляет элементарные функции (не берется). Для преодоления этой трудности в табл. 6 приведены значения этого интеграла в зависимости от верхнего предела tп* и параметра b нормированного распределения Вейбулла Гнеденко.

Значение Р(t )dt нормированного распределения Вейбулла-Гнеденко 0,1 0,098 0,099 0,099 0,100 0,100 0,100 0,100 0.100 0,100 0, 0,2 0,190 0,194 0,197 0,198 0,199 0,199 0,200 0,200 0,200 0, 0,3 0,275 0,284 0,289 0,293 0,295 0,297 0,298 0,299 0,299 0, 0,4 0,353 0,366 0,377 0,384 0,388 0,392 0,394 0,396 0,397 0, 0,5 0,424 0,445 0,459 0,469 0,477 0,482 0,489 0,489 0,492 0, 0,6 0,489 0,515 0,534 0,548 0,559 0,567 0,573 0,578 0,582 0, 0,7 0,548 0,579 0,602 0,620 0,633 0,644 0,653 0,660 0,666 0, 0,8 0,600 0,636 0,633 0,684 0,701 0,714 0,725 0,734 0,741 0, 0,9 0,648 0,687 0,717 0,741 0,760 0,775 0,788 0,799 0,808 0, Нормирование заключается в том, что средняя наработка электрического двигателя до отказа принимается равной единицы:

Поскольку в данном случае параметр а* = 1 / Г(1 + 1 /в), то представляется возможным вычислить значение интеграла в зависимости от одного параметра «b», при этом t*п. принимается в относительных единицах. Расчеты при построении данной функции принято вести в табличной форме.

Графическая зависимость изображается на миллиметровой бумаге достаточно крупным и удобным для считывания масштабом, поскольку от этого зависит точность расчетов.

0, 0, 0, 0, 0, Найденная оптимальная периодичность проведения текущего ремонта t*опт в относительных единицах пересчитывается во временные значения по формуле:

должностная структура определяются отдельно по электротехнической и теплотехнической службам в соответствии с табл. П-12.

После определения численности ИТР по службам определяется общая численность ИТР энергетической службы. При суммарной трудоемкости энергетическую службу возглавляет главный энергетик, должность которого вводится за счет общей численности ИТР, т.е. в пределах общей численности ИТР энергетической службы, за счет одной из штатных единиц. При суммарной трудоемкости обслуживания энергетического оборудования меньше 2500 УЕЭ энергетическую службу возглавляет ответственный за энергохозяйство – старший инженер- энергетик, инженер и др.