Техническая диагностика электрооборудования

ТЕХНИЧЕСКАЯ 
ДИАГНОСТИКА 
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Н.В. ГРУНТОВИЧ
Н.В. ГРУНТОВИЧ

Москва
ИНФРА-М
2024

УЧЕБНИК

УДК 621(075.8)
ББК 31.26я73
 
Г90

Р е ц е н з е н т ы:

Короткевич С.В., кандидат технических наук, старший научный 

сотрудник, заместитель начальника СЭС филиала «Инженерный 
центр» «Гомельэнерго», Республика Беларусь;

Широков О.Г., кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры 

электроснабжения Гомельского государственного технического университета имени П.О. Сухого, Республика Беларусь

ISBN 978-5-16-017836-3 (print)
ISBN 978-5-16-110839-0 (online)

© Грунтович Н.В., Грунтович Н.В., 

2023

Грунтович Н.В.

Г90 
 
Техническая диагностика электрооборудования : учебник / 

Н.В. Грунтович, Н.В. Грунтович. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 
254 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/1891041.

ISBN 978-5-16-017836-3 (print)
ISBN 978-5-16-110839-0 (online)

В учебнике изложена доработанная теория вибродиагностирования 

подшипников качения. Приведены способы технического диагностирования изоляции электрооборудования без высоковольтных испытаний. 
Впервые раскрыта физическая природа электрической дуги внутри бака 
маслонаполненного трансформатора. Описаны способы комплексного 
технического диагностирования электрических двигателей и силовых маслонаполненных трансформаторов. Рассмотрены экспертные системы технического диагностирования электрооборудования. Выявлены условия 
повреждения кабелей частичными разрядами.

Соответствует требованиям федеральных государственных стандартов 

высшего образования последнего поколения.

Учебник предназначен для студентов, магистрантов и аспирантов энер
гетических специальностей вузов, а также для специалистов по техническому диагностированию оборудования тепловых и атомных станций, промышленных предприятий.

УДК 621(075.8)

ББК 31.26я73

Предисловие

Отдельные положения теории и практики технической диагностики электрооборудования изложены в работе [32], которая 
издавалась несколько раз в НИЦ ИНФРА-М. Как известно, 
бурное строительство промышленных предприятий в республиках бывшего СССР происходило в 70–90-х гг. прошлого столетия. Срок эксплуатации электрических двигателей — 30 лет, 
силовых трансформаторов — 25 лет, высоковольтных кабелей — 
50 лет. Замена электрооборудования или его капитальный ремонт потребует от предприятий огромных денежных средств. Например, замена высоковольтной статорной обмотки в двигателе 
300 кВт оценивается в 10 тыс. долл. Износ станочного оборудования на подшипниковых заводах по изготовлению подшипников 
качения привел к тому, что на предприятия Республики Беларусь 
поступило около 50% новых подшипников низкого качества.
В сложившихся условиях только современная теория технической диагностики электро- и теплотехнического оборудования 
позволит увеличить срок службы изношенного оборудования 
и уменьшить число внезапных отказов. Для этого нужно отказаться 
не только от ремонта оборудования согласно нормативной документации, но и от устаревших стереотипов при техническом диагностировании электрооборудования. Ремонт оборудования на основе результатов комплексного технического диагностирования 
позволит решить эти задачи.
В данном учебнике изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований авторов за последние 10 лет в области технической диагностики электрических двигателей, подшипников качения, силовых трансформаторов и высоковольтных 
кабелей.
Многочисленные вибродиагностические исследования подшипников качения на специальном стенде позволили усовершенствовать теорию вибродиагностирования подшипников. Изложены 
новые научные и практические результаты оценки степени старения изоляции электрических двигателей без высоковольтных 
испытаний.
Анализ аварийных повреждений силовых маслонаполненных 
трансформаторов на предприятиях и исследования, выполненные 
авторами в лаборатории высоковольтных испытаний университета, 
позволили установить физическую природу частичных разрядов 

в масле трансформатора, а также сформулировать условия формирования внутренней электрической дуги силового маслонаполненного трансформатора.
Результаты воздействия электрической дуги внутри бака 
делают трансформатор непригодным для дальнейшей эксплуатации.
Как показали исследования, достоверность принятия решений 
при управлении и диагностировании оборудования зависит 
не только от квалификации специалиста, но и от его психофизиологического состояния на момент принятия решения.
Создание системы технического обслуживания и ремонта на основе результатов технического диагностирования связано с решением ряда взаимосвязанных задач, таких как:
 
• изучение физических основ работы объектов с целью определения диагностических параметров;
 
• составление диагностической модели;
 
• разработка алгоритмов выявления дефектов;
 
• выбор средств измерения.
В результате освоения материалов, изложенных в учебнике, обучающийся будет:
знать
 
• факторы, влияющие на число отказов оборудования после ремонта;
 
• погрешности и помехи при техническом диагностировании 
электрооборудования;
 
• заводские и эксплуатационные дефекты подшипников качения;
 
• недостатки и погрешности применяемых способов технического 
диагностирования электрооборудования;
 
• способы повышения сроков службы подшипников качения;
 
• виды и методы технического обслуживания;
 
• методы анализа, показатели и критерии надежности работы 
электрооборудования;
 
• виды и методы ремонтов электрооборудования;
 
• методы и технические средства диагностики электроэнергетического и электротехнического оборудования;
 
• способы оценки технического состояния и остаточного ресурса 
оборудования;
 
• современные системы, методы и приборы технического диагностирования;
 
• принципы построения экспертных систем технического диагностирования электрооборудования;

уметь
 
• вычислять информативные частоты вибрации подшипников 
качения, магнитной вибрации электрических двигателей и силовых трансформаторов;
 
• обеспечивать высокую эффективность системы технического 
обслуживания и ремонта электрооборудования на промышленных предприятиях;
 
• производить измерения диагностических параметров изоляции 
электрооборудования без высоковольтных испытаний;
 
• применять методы и технические средства диагностики электроэнергетического и электротехнического оборудования;
 
• оценивать техническое состояние и остаточный ресурс электрооборудования по комплексу параметров с применением детерминистических и вероятностных методов;
владеть
 
• методами и техническими средствами эксплуатационных испытаний и диагностики электроэнергетического и электротехнического оборудования;
 
• навыками оценки технического состояния и остаточного ресурса 
электрооборудования.

Глава 1. 

ПРОБЛЕМНЫЕ ЗАДАЧИ 
ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ 
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

1.1. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 
ПРЕДПРИЯТИЯ

Жизненный цикл электрооборудования представлен на рис. 1.1.

Монтаж нового оборудования или после капитального ремонта

Наладка нового оборудования или после капитального ремонта

Эксплуатация

Рис. 1.1. К иллюстрации жизненного цикла электрооборудования

Эксплуатация имеет свои циклы использования [32] (рис. 1.2):
 
• применение оборудования по прямому назначению согласно 
технологическому регламенту;
 
• планово-предупредительные осмотры и ремонты (ежесменные, 
ежесуточные, ежемесячные и трехмесячные);
 
• текущий ремонт согласно системе технического обслуживания 
и ремонта (СТОиР);
 
• капитальный ремонт согласно СТОиР.
В связи с тем, что на многих предприятиях интенсивно проводится модернизация, электрооборудование должно закупаться 
с учетом таких характеристик, как энергоэффективность, надежность, живучесть и безопасность.

Техническое обслуживание 
  

Периодическое 
  

По наработке или через  
заданное время без контроля  
технического состояния   

С  периодическим контролем  

диагностических параметров, 
 
 

техническому состоянию   

С  непрерывным контролем  

диагностических параметров,
 
 ремонт выполнять согласно 
 ремонт выполнять согласно 
 

техническому состоянию   

    

 
Начало ремонта и объем — 
 
согласно техническому 
 
состоянию

   

Плановый  ремонт
   
(не рекомендуется)
   

Неплановый ремонт
   
  (аварийный)   

Текущий ремонт   
Капитальный  ремонт    

                                                     
Акты на списание оборудования 
  

Рис. 1.2. К иллюстрации жизненного цикла электрооборудования во время эксплуатации 

1.2. НАДЕЖНОСТЬ В ТЕХНИКЕ. НАДЕЖНОСТЬ ОБЪЕКТА. 
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Надежность — свойство объекта сохранять заданные признаки, 
параметры, характеристики и выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях.
Живучесть — свойство объекта выполнять хотя бы установленный минимальный объем своих функций при внешних воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации.
Под внешними воздействиями понимают пожары, разрыв паро-, 
трубопроводов холодной и горячей воды. Имеются специальные 
математические модели на основе теории графов для оценки живучести электроэнергетических систем.
Безопасность — свойство объекта не допускать таких изменений 
своих состояний и свойств, а также не вызывать изменения состояний и свойств других, связанных с ним объектов, которые были бы 
опасны для людей и (или) окружающей среды. Это свойство электрооборудования является обязательным для горно-химической 
промышленности.
Показатели надежности и эффективности оборудования:
 
• конструктивные отказы — отказы, возникающие по причине 
несовершенства или нарушения правил и норм проектирования 
и конструирования;
 
• производственные отказы — отказы, возникающие по причине 
несовершенства или нарушения установленного процесса изготовления или ремонта, выполненного на ремонтных предприятиях;
 
• эксплуатационные отказы — отказы, возникающие по причине 
нарушения установленных правил и условий эксплуатации.
В табл. 1.1 представлены основные критерии и показатели надежности [17, 62].

Таблица 1.1

Термины и определения по ГОСТ Р 27.102–2021

Термин
Определение

Термины, относящиеся к понятию надежности

6 Безотказность
Свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки в заданных режимах и условиях применения

8 Ремонтопригодность
Свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособности объекта путем технического обслуживания 
и ремонта

Термин
Определение

9 Восстанавливаемость
Свойство объекта, заключающееся в его способности 
восстанавливаться после отказа без ремонта

10 Долговечность
Свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния 
при установленной системе технического обслуживания и ремонта

Термины, относящиеся к состоянию объекта

13 Неисправное 
состояние (неисправность)

Состояние объекта, в котором хотя бы один параметр 
объекта не соответствует хотя бы одному из требований, установленных в документации на этот объект

14 Работоспособное состояние

Состояние объекта, в котором значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять 
заданные функции, соответствуют требованиям нормативной и технической документации

15 Неработоспособное со-
стояние

Состояние объекта, в котором значение хотя бы одного 
из параметров, характеризующих способность объекта 
выполнять заданные функции, не соответствует требованиям документации на этот объект

20 Критерий 
предельного 
состояния

Признак или совокупность признаков, установленных 
в документации, появление которых свидетельствует 
о возникновении предельного состояния объекта

Термины, относящиеся к временным понятиям

25 Наработка 
до отказа
Наработка объекта от начала его эксплуатации 
или от момента его восстановления до отказа

34 Назначенный срок 
службы

Календарная продолжительность, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена 
независимо от его технического состояния

Термины, относящиеся к отказам, дефектам, повреждениям

37 Дефект
Каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным в документации

39 Вид отказа
Единица классификации отказов на основе установленных критериев: особенностей, причины, последствий отказа; функции, способность выполнения 
которой утрачена в результате отказа; или изменения 
состояния объекта

Продолжение табл. 1.1

Термин
Определение

40 Критерий 
отказа
Признак или совокупность признаков нарушения 
работоспособного состояния объекта, установленные 
в документации

47 Внезапный 
отказ
Отказ, характеризующийся скачкообразным переходом 
объекта из работоспособного состояния в неработоспособное состояние

48 Постепенный отказ
Отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров 
объекта

Термины, относящиеся к техническому обслуживанию, восстановлению 
и ремонту

61 Система 
технического 
обслуживания 
и ремонта

Система, включающая совокупность документации, 
персонала, организационных и технических действий, 
необходимых для поддержания и восстановления работоспособного состояния объекта

Термины, относящиеся к показателям безотказности

85 Вероятность 
безотказной 
работы

Вероятность того, что в пределах заданной наработки 
отказ объекта не возникнет

86 Средняя 
наработка 
до отказа

Математическое ожидание наработки объекта до отказа

90 Интенсивность отказов 
(мгновенная)

Условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник

Термины, относящиеся к показателям ремонтопригодности и восстанавливаемости

99 Вероятность 
восстановления
Вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданного 
значения

102 Интенсивность восстановления

Условная плотность вероятности восстановления 
работоспособного состояния объекта, определенная 
для рассматриваемого момента времени при условии, 
что до этого момента восстановление не было завершено

Термины, относящиеся к комплексным показателям надежности

108 Коэффициент операВероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в данный момент времени, кроме

Продолжение табл. 1.1