Содержание
В соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭЭП) по истечении установленного нормативно-технической документацией срока службы все технологические системы и электрооборудование должны подвергаться техническому освидетельствованию комиссией, возглавляемой техническим руководителем Потребителя, с целью оценки состояния, установления сроков дальнейшей работы и условий эксплуатации.
Оценка технического состояния ВЗЭО
Обследование состояния технологических систем обычно не встречает особых трудностей из-за относительно небольшого числа их элементов.
В то же время, комиссии, образованные техническими руководителями крупных предприятий, сталкиваются с необходимостью обследовать большое число (до нескольких десятков тысяч единиц) электротехнического оборудования, и, в частности, взрывозащищенного электрооборудования (ВЗЭО), если предприятие имеет в своем составе взрывоопасные производства, что требует больших затрат времени и средств.
Оценка технического состояния ВЗЭО включает следующие основные операции:
Разделение ВЗЭО по характерным признакам, а именно:
По типам потребителей:
- Электродвигатели высоковольтные и низковольтные.
- Электроаппараты высоковольтные и низковольтные.
- Другое электрооборудование.
По годам выпуска:
- Длительности эксплуатации.
- Времени эксплуатации после планового и капитального ремонта.
По видам НТД, по которым оно было изготовлено оборудование, в частности по:
- ПИВЭ.
- ПИВРЭ.
- ГОСТ.
По видам взрывозащиты:
- d — взрывонепроницаемая оболочка.
- о — масляное или негорючей жидкостью заполнение.
- р — заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением.
- i — искробезопасная электрическая цепь.
- q — кварцевое заполнение оболочки; защита вида “e” и другие типы исполнения взрывозащиты.
Для каждой из выявленных таким образом групп подсчитывается общее число ВЗЭО, объединенного общностью признаков.
Далее производится следующие действия в рамках методики:
- Определение выборки из генеральной совокупности факторов.
- Производится проверка параметров, обеспечивающих взрывозащиту, на соответствие требованиям нормативно-технической документации (НТД).
Производится измерение основных электрических характеристик оборудования:
- Сопротивления изоляции.
- Тангенса угла диэлектрических потерь tgδ.
- Или коэффициента абсорбции R60/R15, где R60 R15 сопротивления изоляции через 60 и 15 с после начала измерения.
- При наличии соответствующих приборов определяют емкость С и диэлектрическую постоянную ɛ.
По итогу всех мероприятий, производится составление протокола освидетельствования ВЗЭО с оценкой технического состояния, установления сроков дальнейшей работы и условий эксплуатации.
Эта работа может быть успешно выполнена на основе методического обеспечения, учитывающего как существующую нормативно-техническую базу, так и результаты выполненных ранее научно-исследовательских работ.
В свою очередь методы математической статистики позволяют:
- Выбрать из общего числа подлежащего обследованию электрооборудования некоторое представительное число образцов (выборку).
- Произвести с относительно небольшими затратами времени их техническое обследование и с некоторой заранее принятой вероятностью распространить полученные результаты на все однотипное электрооборудование, находящееся в эксплуатации, в том числе и взрывозащищенное (ВЗЭО).
- Принять решение о сроках его дальнейшей безопасной эксплуатации.
К показателям, характеризующим состояние электрооборудования относят:
- Для низковольтного до 1000 В электрооборудования, относят сопротивление изоляции.
- Для высоковольтного еще и показатели увлажненности изоляции — коэффициент абсорбции R60/R15 и тангенс угла диэлектрических потерь tgδ.
Действующая нормативная документация [1 — 3] рекомендует определять характеристики состояния электрооборудования, в том числе взрывозащищенного, двумя методами:
- Параметрическим, если законы распределения случайных величин известны.
- Непараметрическим, если законы неизвестны.
Решение задачи определения технического состояния электрооборудования
Применительно к задаче определения технического состояния может быть применен параметрический метод, так как из выполненных ранее исследований, например, [4, 5] известно, что плотность распределения вероятностей сопротивления изоляции однотипного ВЗЭО имеет, как правило, нормальное распределение.
Такие же распределения имеют следующие характеристики:
- Увлажненности изоляции tgδ.
- Коэффициент абсорбции R60/R
- Электрической прочности.
Плотность нормального закона распределения, например, сопротивления изоляции однотипного электрооборудования, записывается в виде:
где
- σ — среднеквадратическое отклонение сопротивления изоляции.
- Ri — результат i-го измерения сопротивления изоляции.
- RCP — среднее значение по результатам п замеров выборки из генеральной совокупности однотипных изделий, например, электродвигателей.
Среднее арифметическое значение находят по соотношению:
(1)
Среднеквадратическое отклонение:
где
(2)
На основании это следует следующая последовательность действий:
- Для формирования выборки используют известную выборку без возврата.
- Каждое из однотипных изделий, представляющих генеральную совокупность, идентифицируется по инвентарному или по заводскому номеру.
- Изделия могут быть специально пронумерованы.
- С помощью генератора случайных чисел из генеральной совокупности извлекаются номера изделий, попадающих в выборку, которые после их записи обратно не возвращаются.
- Повторяя процедуру по одному изделию, получают выборочную совокупность любого заданного размера выборку без возврата.
Рассчитывают необходимый объем выборки, задавшись желательной степенью точности оценки Δ и доверительной вероятностью:
- у=(1—β).
Расчет объема случайной выборки
Первый вариант, если известно, что исследуемая случайная величина подчиняется нормальному закону распределения и ее среднеквадратическое отклонение, а известно, то доверительную вероятность принимают:
- у=(1—β)=Ф(tP).
Из таблицы нормальной функции распределения следует:
Для заданной вероятности находим tP [6].
Объем выборки определяется по формуле:
(3)
где
- N – объем генеральной совокупности.
Второй вариант, если отклонение σ случайной величины R, подчиняющейся нормальному закону неизвестно, то предварительно берут небольшую пробную выборку n* и по ее данным приближенно оценивают параметр:
где
- σ*2 — выборочная дисперсия пробной выборки.
Эту оценку подставляют в формулу (3), которая в этом случае принимает вид:
где
- t2n*y — значение t — распределения Стьюдента, соответствующее вероятности у и числу наблюдений k.
При большом объеме генеральной совокупности (N→ꚙ) используют выражение, если дисперсия известна:
Если дисперсия неизвестна, применяем следующее выражение:
Процедура отбора случайных образцов
После расчета объема случайной выборки приступают к процедуре отбора случайных образцов с помощью безвозвратного способа, описанного выше.
Затем производят измерения характеристик, определяющих техническое состояние электрооборудования каждого изделия, попавшего в выборку (по идентификационным номерам), в отдельности:
- Сопротивления изоляции.
- Электрической прочности или показателей увлажненности изоляции.
Далее производим следующие действия:
- Результаты измерений фиксируют в виде ряда R1, R2, R3, Rn и с помощью формул (1) и (2).
- Определяем выборочные характеристики среднее арифметическое или оценку математического ожидания R°CP.
- Определяем дисперсию D°(R).
- Определяем среднеквадратическое отклонение σ°, где знак ° означает, что эти характеристики относятся к выборке.
- Далее определяется, с какой степенью достоверности эти данные характеризуют генеральную совокупность, то есть можно ли выборочные характеристики и с какой вероятностью считать характеристиками генеральной совокупности.
- Для этой цели необходимо найти генеральную дисперсию и построить доверительные интервалы.
Генеральную дисперсию определяют по формуле:
где
- При большом объеме генеральной совокупности сомножитель (N-1)/N принимают равным единице.
- Тогда генеральная дисперсия оценивается выборочной дисперсией, то есть σ0 — σ02.
В случае, если количество имеющегося электрооборудования меньше объема рассчитанной выборки, техническому освидетельствованию подлежит все электрооборудование, составляющее генеральную совокупность.
Если выборочное математическое ожидание (среднее арифметическое значение), рассчитанное по результатам испытания выборки, тогда:
- Сопротивления изоляции известно и равно R°СР.
- Поэтому истинное значение RИЗ находится между нижней RН и верхней RВ границами доверительного интервала.
Следовательно, получаем следующее неравенство:
(4)
Двусторонние доверительные интервалы в формуле (4) рассчитывают, используя таблицы [6], где приведены квантили распределения Стьюдента ty(2) для двусторонних интервалов.
Для принятой доверительной вероятности у и объема выборки (n-1) находят критерий ty(2) и нижнюю и верхнюю границы интервалов:
(5)
(6)
В большом числе случаев, например, при измерениях сопротивления изоляции и других характеристик, нет необходимости знать верхнюю границу доверительного интервала.
Поскольку нижняя граница показывает, соответствует нормам выбранные случайным образом изделия или нет.
В этом случае нижнюю границу находят по таблицам [6], где приведены квантили распределения Стьюдента ty(1) для односторонних интервалов.
Следовательно формула для ее определения имеет вид:
(7)
Расчеты по формулам (5) — (7), показывают, что с вероятностью у=1—β=Ф(ty) исследуемая величина находится внутри доверительного интервала RH<RИЗ<RB.
В случае, если исследуемая величина выходит за рамки доверительных интервалов (5) — (7), техническому освидетельствованию подлежит все электрооборудование, составляющее генеральную совокупность.
Необходимо заметить, что для оценки удовлетворительного технического состояния электродвигателей по такому параметру, как сопротивление изоляции, значение доверительной вероятности можно принять не более у=0,8 из-за широкого разброса этого параметра в процессе эксплуатации.
Опыт свидетельствует о следующих моментах, которые следует учитывать:
- Что у поступивших с заводов-изготовителей электродвигателей сопротивление изоляции колеблется от 500 до 1000 Мом.
- Примерно такие же значения оно имеет и у электродвигателей, поступивших из ремонта.
- В соответствии с ПТЭЭП сопротивление изоляции обмоток электродвигателей на напряжение до 1000 В должно быть не менее 1 МОм при температуре 10 — 30 °С, а при температуре 60 °С — 0,5 МОм.
- Сопротивление изоляции может меняться в два раза у одного и того же электродвигателя в разных его состояниях — в рабочем (нагретом) и нерабочем (охлажденном).
- В силу такого большого разброса нормируемого сопротивления изоляции можно рекомендовать принимать в расчетах значение доверительной вероятности не выше 0,8.
В [4, 5] представлены значения RИЗ, tgδ, R60/R15 С и ε, при которых электрооборудование считается удовлетворяющим техническим требованиям и может быть допущено к дальнейшей эксплуатации.
Приведенные значения технических характеристик ВЗЭО должны быть меньше нижнего значения доверительного интервала.
Срок следующего освидетельствования (длительность эксплуатации до следующего освидетельствования) определяют по формуле:
где
- Ut — скорость изменения сопротивления изоляции от начального значения Rнач до фактического Rфакт на момент измерения или скорость изменения характеристики за это время.
Применение предложенной методики позволяет:
- Оценить состояние ВЗЭО и условия его эксплуатации.
- Дает возможность предсказать возможную длительность эксплуатации с определенной достоверностью и приемлемой допустимой ошибкой на предприятиях, имеющих взрывоопасные производства,
- Позволяет получить рекомендации на основании статистики без необходимости обследования нескольких десятков тысяч единиц электрооборудования.
Список литературы
- ГОСТ 27.301-95 Надежность в технике. Расчет надежности Основные положения — М: Госстандарт России, 1997.
- РД 50-690-89. Методические указания Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным. — М.: Госстандарт СССР, 1991.
- ОСТ 16-0.801.196-84 Оборудование электротехническое взрывозащищенное и рудничное Надежность. Методика сбора и статистической обработки информации по результатам эксплуатационных испытаний. -М: Госстандарт СССР, 1985.
- Соболев, В.Г. Электрическая изоляция рудничного электрооборудования. — М.: Недра, 1982.
- Бендяк, Н.А. Принципы управления состоянием изоляции в электротехнических комплексах / А.И. Сидоров, К.В. Лапченков // Безопасность жизнедеятельности: Со. научи трудов. Челябинск: ЧГТУ, 1996 — С. 7-10.
- Кремер, Н. Ш. Теория вероятностей и математическая статистика — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002.
- Оценка влияния факторов горного производства на срок службы электрических сетей угольных разрезов Кузбасса.
Источник: Применение вероятностно-статистического подхода при обследовании состояния взрывозащищенного электрооборудования на крупных предприятиях / А.Г. Захарова, И.О. Шалаев // Вестник КузГТУ. — 2012. — №3. — C. 142-144.
