Оптимизация режимов работы электрооборудования. Пример рационального выбора электрооборудования

> Оптимизация рабочего времени

Оптимизация рабочего времени

Время это часто недооцененный ресурс. Сколько и на что его тратится, часто не понятно. Конечно, люди не роботы и не могут всё время работать, совершать трудовые подвиги. Небольшие паузы в течение рабочего дня даже приветствуются. Но если паузы затягиваются и рабочее время используется не эффективно. То стоит задуматься и предпринять решительные действия. Ведь потери времени напрямую связаны с потерей денег.

Недостатки организации работы

Хуже всего, если работа не организована вообще. Каждый сотрудник выполняет такую задачу, которую он считает в данный момент важной. В то же время другой сотрудник может полдня провести без работы, даже не подозревая, что его коллега даже не приступал к документу, который он ожидает. Часто потерям времени способствуют и сами руководители. Ставят задачу, через пять минут другую, через полчаса приказывают отложить эти задачи и заняться другой работой. Поэтому руководителю стоит начать с организации себя, своих задач. Работа руководителя организовать рабочие процессы, установить приоритет для задач.

К недостаткам в организации работы можно отнести и необеспеченность ресурсами. Например, в принтере неожиданно закончилась бумага. И, как не странно, её нет вообще. На офисе один телефон и сотрудники по очереди им пользуются. Сотрудники, ожидающие своей очереди, предпочитают ничего не делать.

Отсутствие учёта рабочего времени, нормативов, временных рамок

Учёт рабочего времени уже дисциплинирует своим наличием. Нередко сотрудники пользуются благосклонностью руководителя. Очередная поездка "по делам" даёт сотруднику возможность зайти в парикмахерскую, магазин и навестить приятеля. Даже если руководитель периодически проведёт проверку, то это временно. Через пару недель снова можно решать свои дела в рабочее время. Поэтому важно, чтобы учёт рабочего времени, контроль, был постоянным. Особенно в тех случаях, когда сотрудники не демонстрируют высокой производительности труда, а компания зарабатывает мало.

Для задач рационально устанавливать временные рамки, сроки выполнения. В большинстве случаев, для многих видов работ это приемлемо. Если сотрудник не уложится в отведённое время, то всегда можно посмотреть, почему и, при необходимости, дать больше времени в следующий раз.

Если задачи простые, часто повторяются, то можно устанавливать нормативы времени.

В проектах большое значение имеет план-график работы . Если его никто не придерживается, то руководителю или менеджеру проекта стоит задуматься над вопросом "почему так".

Чередование времени работы и отдыха

Бывают случаи, когда руководители перегибают палку. Сотрудники работают в активном режиме, на грани в течение целого дня. В итоге производительность падает, время выполнения задач затягивается по причине обычной усталости. Со временем усталость может перерасти в хроническую усталость и ценный кадр можно считать потерянным. Руководителю стоит присматриваться к работникам, их личному ритму. А также, по возможности индивидуально, устанавливать соответствующий график работы.

Нелишне продумать паузы в рабочем процессе. Пять-десять минут отдыха после каждого часа работы не позволят снизиться производительности. После серьёзных, напряжённых проектов вполне можно устроить день отдыха. Уставшие, психологически и умственно истощённые сотрудники не дадут нужного результата.

Вынужденные простои

В процессе работы всё-таки возможны простои по объективным причинам. Такие паузы серьёзно влияют на рабочий настрой, охлаждают пыл работников. Поэтому руководителю неплохо бы эти паузы заполнить. Естественно, с выгодой для компании и человека. Потому что в большинстве случаев сотрудники заполняют паузы сами, общением в социальных сетях, программами мгновенного обмена сообщениями, развлекательными сайтами. Поэтому даже когда пауза закончится, отрываться от такого времяпровождения сотруднику совсем не хочется.

Вынужденные паузы сотрудник может заполнить личным развитием . Например, пройти тест. Или сделать упражнение на развитие внимания . Почитать книгу по работе, посетить профессиональный сайт. Роль руководителя здесь высока, ведь он может сам наладить такой процесс и поощрять тех, кто не тратит время попусту.

В конце концов, паузы можно заполнить элементарным наведением порядка на рабочих столах, в офисе и возле офиса.

В некоторых случаях для ликвидации вынужденных простоеd можно использовать гибкие графики. Например, известно, что дизайнер закончит дизайн и передаст его верстальщику не раньше обеда. Зачем верстальщику приходить утром? Возможно, он потратит это время с большей пользой для себя и будет только благодарен.

Оптимальное использование рабочего времени напрямую зависит от руководителя. Поэтому используйте максимально свои возможности, приведённые советы и ищите собственные пути оптимизации рабочего времени.

Если Вы хотите посмотреть, на что и как сотрудники расходуют рабочее время, попробую бесплатную , в которой есть инструмент для оценки временных затрат сотрудников. Зарегистрируйтесь по ссылке и пригласите в программу Ваших сотрудников.

Существует распространенное заблуждение, что все в жизни сводится ко времени. Ежедневно мы используем такие фразы:

«Если бы у меня было больше времени»
«Мне нужно еще несколько минут»
«Пара часов работы — только и всего»

Мы верим, что всего можно было бы достигнуть, будь у нас немного больше времени. Ошибочно полагаем, что все дело в его количестве, но наш рабочий день уже и так слишком длинный. Как все успевать и при этом не «сгореть на работе» — читайте в нашей сегодняшней статье.

Оковы свободы

С самого детства нас убеждают в важности распорядка дня, основанного на времени. Школьный день длится 8 часов, а структура урока подчиняется времени, а не тому, сколько должно быть изучено. Нас учат, что важнее уложиться в нужное время, чем закончить работу.

Однако сейчас мы все сильнее отходим от этой общепринятой практики. Все больше людей работает удаленно, частично, по контракту или вахтовым методом. Восьмичасовой рабочий день исчезает, но тот ли это отказ от временных рамок, на который мы так надеялись?

Свобода выполнять свои профессиональные обязанности где и когда угодно дает нам возможность работать по любому удобному графику. Это означает, что мы можем уложиться в короткие сроки или потратить на задачи массу времени — главное, чтобы работа была выполнена. Тем не менее исследования доказывают, что те, кому график позволяет работать меньше, в итоге трудятся значительно дольше.

Исследование, посвященное рабочему времени и продуктивности, проведенное Международной Организацией Труда, показало, что среднестатистический рабочий со свободным графиком работает 54 часа в неделю, а тот, кто подчиняется жесткому расписанию, всего 37. Эти 17 дополнительных часов являются следствием «свободы» устанавливать свой собственный график, но что еще хуже — эти часы не влияют на качество и продуктивность работы.

Когда Организация экономического сотрудничества и развития изучила влияние продолжительности работы на производительность в 18 европейских странах на протяжении 60-летнего периода, было обнаружено, что производительность в час при увеличении длительности рабочего времени всегда уменьшается. К тому же было замечено, что и результат ухудшается пропорционально росту рабочего времени.

После определенного момента все становится только хуже, ведь на следующий день часы будут потрачены на то, чтобы найти и исправить сделанные накануне ошибки.

Почему так получается?

Всем нам знакома ситуация, когда чувствуя сильную усталость и умственное истощение, мы продолжаем выполнять работу — просто для того, чтобы на свежую голову переделать большую ее часть. Возможно, это гордость или чувство ответственности, хотя более правильным кажется закон Паркинсона: «Работа занимает ровно столько времени, сколько на нее отведено».

Этот «закон» озвучил Сирил Норткот Паркинсон в рамках юмористического очерка в журнале «Экономист». Паркинсон приводит такой пример:

«Пожилая леди с массой свободного времени может потратить целый день на написание и отправление открытки своей племяннице в Богнор-Регис. Один час будет потрачен на поиски открытки, второй — на поиски очков, полчаса — на попытки вспомнить адрес, час с четвертью на написание и двадцать минут на то, чтобы решить — брать ли с собой зонт, чтобы дойти до почтового ящика на соседней улице. Вся работа, которая у занятого человека заняла бы не более трех минут, может заставить другого упасть замертво после целого дня сомнений, тревог и тяжелого труда».

Чем больше времени мы отводим на выполнение задания, тем больше времени мы на него тратим, а чем больше времени мы тратим, тем хуже в итоге выполняем само задание. Невозможно работать в полную силу в течение нескольких часов подряд. Мотивация, сила воли и сосредоточенность — это ограниченные ресурсы, которые надо использовать экономно в течение дня. Трата большего количества времени только убивает мотивацию и делает выполненную работу хуже.

Итак, если работать меньше, то можно показать высокую продуктивность?

Часто кажется, что у нас нет достаточно времени на встречи с друзьями, поддерживание отношений и все те вещи, которые делают нас счастливыми.

Даже учитывая, что отношения с семьей и друзьями — это основополагающие ценности, эта проблема все же является актуальной для большинства.

Возможность меньше работать дает время на общение и все те вещи, которые нужны для личного благополучия. Звучит безупречно, не так ли? Уделяйте меньше времени работе, и у вас будет больше времени на досуг и встречи с теми, кого вы любите.

Однако это не так.

Исследование Кристобаля Янга и Шаюна Лима из Стенфордского Университета показало, что из 500 000 рабочих у большинства уровень счастья зависит от продолжительности рабочей недели. Мы чувствуем себя абсолютно счастливыми в выходные и наименее довольными в понедельник и вторник. Очевидно, не так ли?

Удивительно, что та же тенденция существует и среди безработных: даже те, кому не нужно было присутствовать на рабочем месте в течение недели, все равно в будни чувствовали себя менее счастливыми. Янг и Лим связывают это с тем, что общение с другими людьми является более важным для нашего благополучия, чем просто свободное время: вы не получите полного удовольствия от выходного дня, если потратите день только на себя.

Уделяйте время только той работе, которая важна

Итак, мы не станем работать лучше, если потратим больше времени на работу, и мы не станем счастливее, если получим больше свободного времени.

Сфокусироваться на продуктивности, а не на конечном результате — вот наша цель.

Оправдывая работу затраченными ресурсами и временем, мы попадаем в ловушку: например, «Я потратил 60 часов/4 месяца/8 лет на это. Я заслужил успех».

Современная поговорка гласит, что дело не во времени, а в самой работе. Для многих удаленных сотрудников или тех, кто работает по гибкому графику, это означает выполнение любой ценой, но радоваться энному количеству затраченного времени вместо гораздо большего количества просто смешно. Если мы будем думать только о том, что сделано, не думая о том, как много времени потрачено на задание и какова продуктивность его выполнения, мы не увидим полной картины.

Как объясняет Линн Ву из Уортонской школы бизнеса, измерять продуктивность работы в ее результатах — бессмысленно. Продуктивность — это не только то, что сделано, но и то, как эффективно вы работали над заданием.

Недавнее исследование Джулиана Биркиншоу из Лондонской школы бизнеса показало, что большинство работников умственного труда — инженеров, писателей и тех, кто «думает, чтобы жить» — тратит в среднем 41% времени на работу, которую легко могли бы сделать другие.

Мы инстинктивно держимся за задания, которые делают нас «занятыми» (а значит, важными). Мы хорошо себя чувствуем, когда наш график расписан по минутам и приходится ждать, что вот-вот станет легче и появится время на наши жизненные потребности. Как ни парадоксально, все мы хотим больше свободного времени и при этом держимся за вещи, которые его отнимают.

Стремление работать более эффективно очень сложно отследить. Инвестирование в навыки, планирование или обучение других для того, чтобы освободиться самому, освобождают время для действительно важной работы — не просто для дел, которые делают нас «занятыми».

Переосмысление работы и жизни

Во всех аспектах жизни — как рабочих, так и личных — дело не в количестве времени. Мы никак не можем на это повлиять: не существует способа добавить часов в сутки. При этом комплексный эффект долгих рабочих дней и бессонных ночей заключается в том, что вы почти всегда показываете плохие результаты.

Дело в качестве, эффективности, умении определить, сколько времени потратить на работу и решить, как эффективнее использовать это время. Когда мы думаем так, мы перестаем воспринимать время как единицу измерения своего дня.

Существует несколько способов решить, как более продуктивно распорядиться своим временем — каждый из них может использоваться как индикатор вашей эффективности.

1. Планируйте задания, а не время

В своем эссе Пол Грэхем предполагает, что единицей измерения времени таких специалистов как писателей и программистов является как минимум половина дня, а не часовые или получасовые интервалы стандартного расписания.

Работа получается лучше всего тогда, когда она не требует соблюдения жестких дедлайнов и графиков. Чтение, сочинительство, редактура — все эти занятия получаются лучше, если не приходится растягивать время или, наоборот, спешить, чтобы уложиться в сроки.

Работа на результат дает ощущение успешности и помогает ответить на вопрос, эффективно ли вы работаете.

2. Когда смысл найден, продолжайте работать

Мотивация и энергия — ограниченные ресурсы, их растрачивание впустую сводит к нулю наши шансы и делает работу бессмысленной.

Эксперименты доктора Стила, посвященные мотивации и прокрастинации, показали, что значимость — самый важный аспект для поддержания мотивации. Когда выполняемая работа кажется нам важной, мы наиболее мотивированы на ее завершение. Так зачем же останавливаться? Встречи можно и перенести, а рабочий азарт не так просто восстановить.

3. Станьте лучше, быстрее, сильнее

Как сказал Генри Дэвид Торо, «Быть занятым недостаточно: таковыми бывают и муравьи. Вопрос в том, чем ты занят».

Необходимо учиться ежедневно сосредотачиваться на чем-то значительном, это позволит нам чувствовать себя состоявшимися.

Не стоит ходить на работу просто для того, чтобы отсидеть рабочий день и похвалить себя — сфокусируйтесь на том, чтобы выполнять свою работу и чувствовать удовлетворение от этого, и только после этого уходите.

Мы можем изменить то, как мы работаем, только если мы изменим свое мышление.

4. Просите помощи

Часто мы настолько погружаемся в работу, что забываем о возможности попросить помощи. Особенно в небольших компаниях, где кажется, что каждый сотрудник загружен работой по-максимуму, сама идея прервать чей-то рабочий процесс своей просьбой кажется странной.

Однако от одного маленького вопроса или коротенькой беседы может зависеть, потратите ли вы на задание 5 минут или целый час.

Используйте знания окружающих вас людей таким образом, чтобы вы вместе могли работать эффективно.

Вместо заключения

Вам не нужно больше времени — вам нужно время, потраченное с умом.
Это приходит только с пониманием, что долгие часы, затраченные на работу, не делают ее хорошей.

Как четко подметил Сет Годин: «Вам не нужно больше времени… вам просто нужно научиться принимать правильные решения». Время — это почти всегда вопрос качества, а не количества, поэтому определяйте цели и достигайте их.

В условиях современного производства основной частью нормы времени чаще всего является машинное (аппаратурное) время, величина которого определяется режимами работы оборудования. Так, при механической обработке машинное время рассчитывается на основе соотношения между длиной пути и скоростью перемещения инструментов. Эти величины, в свою очередь, устанавливаются исходя из параметров режима обработки: глубины, подачи и скорости резания.

Как было показано в разд. 2.8, при оптимизации технологического и трудового процессов должны указываться ограничения по необходимому производственному результату, условиям труда, использованию средств производства и объемам производственных ресурсов. Выбор оптимального варианта должен осуществляться по критерию минимума суммарных затрат на заданную программу выпуска продукции.

Рассмотрим структуру задач оптимизации режимов технологического процесса на примере обоснования режимов механической обработки деталей на металлорежущих станках. Эти задачи анализируются в технической и экономической литературе уже в течение десятилетий. Одна из первых попыток оптимизации режима резания была предпринята Ф. У. Тейлором, который известен своими работами не только по организации и нормированию труда, но и по технологии обработки металлов [Илек, Куба, Илкова. С. 85]. При оптимизации режимов резания определяются наиболее эффективные значения скорости резания (v), подачи (s) и глубины (t), т. е.

Область допустимых значений v, s, t определяет система ограничений. Прежде всего должны соблюдаться технические ограничения, обусловленные характеристиками предметов труда, инструментов, приспособлений и оборудования. К числу этих характеристик относятся свойства обрабатываемого материала, требуемая точность и чистота обработки детали, статические и динамические характеристики станка, конструкция, материал, геометрические параметры, допустимый износ инструмента, жесткость системы «станок - приспособление - инструмент - деталь» (СД) и т. д.

В частности, при установлении режима резания должны соблюдаться ограничения вида

где Q r (X) - усилие на r-й элемент системы СД, соответствующее определенному варианту режима резания; Q? - допустимое усилие на г -й элемент системы СД.

Так, допустимость той или иной подачи проверяется по прочности державки резца и пластинки твердого сплава, по величине прогиба детали, возникающего вследствие радиального усилия резания, и по прочности механизма подачи станка.

Наряду с ограничениями типа (5.3.2) должны соблюдаться ограничения, обусловленные параметрами применяемого оборудования. В частности, выбранное число оборотов шпинделя (п (X)) должно соответствовать допустимому числу оборотов (л д), указанному в паспорте станка.

В общем виде подобные ограничения записываются следующим образом:

Такая запись означает, что величины а е (Х) должны соответствовать множеству допустимых значений {а ?}.

Из группы ограничений по условиям труда следует учитывать требования, обусловленные необходимостью удобного и безопасного отвода стружки из зоны резания. Для этого выбирают соответствующую геометрию инструмента, параметры режима резания, защитные приспособления. Психофизиологические и социальные ограничения, обусловленные конструкцией оборудования, должны учитываться при его проектировании.

При выборе режима резания большое значение имеют ограничения по программе выпуска продукции и использованию фонда времени оборудования. В существующих методиках эти ограничения учитываются недостаточно, хотя для выбора экономически наиболее эффективного режима обработки они являются одними из важнейших.

Зависимость объема выпуска продукции от режима резания характеризуется двумя обстоятельствами. С одной стороны, увеличение скорости резания приводит к уменьшению машинного времени на единицу продукции, с другой - при увеличении скорости существенно уменьшается стойкость инструмента, увеличивается число его переточек и, как следствие, увеличивается время простоев оборудования, вызванных заменой инструментов.

Чтобы учесть эти обстоятельства при выборе оптимального режима резания, будем исходить из того, что на каждом станке можно выделить три состояния: машинную работу (резание), простой во время и в ожидании смены инструмента и простой по всем остальным причинам. Соответственно, можно записать:

где К м - коэффициент использования оборудования по машинному времени (удельный вес машинного времени в фонде времени работы станка); К и - доля времени простоев оборудования при замене инструментов; К п - доля времени простоев оборудования по остальным причинам.

Значениям ЛГ(т. е. скорости резания, подаче, глубине) соответствуют определенные величины машинного времени на единицу продукции. На основе этих величин для каждого X можно установить величину коэффициента использования оборудования по машинному времени (А"м (X)), необходимому для выполнения производственной программы:

где Р к - программа выпуска деталей к-то вида в планируемом периоде; (А) - машинное время на единицу продукции А:-го вида; F - располагаемый фонд времени одного станка в планируемом периоде; N - количество используемых единиц оборудования.

Наряду с коэффициентом машинного времени каждому варианту режима обработки соответствует коэффициент простоев, связанных с заменой инструментов, (К п (А)). Эта величина рассчитывается исходя из стойкости режущего инструмента, определяющей частоту его переточек, и времени на смену инструмента, которое зависит от организации обслуживания рабочих мест. В частности, если рабочий-станочник сам затачивает и меняет инструмент, время на смену инструмента будет включать продолжительность действия рабочего по снятию инструмента, его заточке, установке и переходов. При централизованной заточке и доставке инструмента на рабочее место время на смену инструмента будет определяться продолжительностью действий по снятию затупившегося и установке нового инструмента.

Величину К и (А) можно определить по формуле

где R (X) - среднее количество простоев оборудования во время замены или подправки инструмента за период F (при прочих равных условиях величина R(X) пропорциональна стойкости инструмента); t и (А) - среднее время на одну замену (подправку) инструмента.

Коэффициент машинного времени, который можно реально обеспечить при данной системе замены инструментов, устанавливается исходя из формул (5.3.4) и (5.3.6). Величина К„ в формуле (5.3.4) при расчетах режима резания может быть либо независимой от X (при обслуживании рабочим одного станка), либо связанной с ним зависимостью, близкой к функциональной (при многостаночной работе) . В дальнейшем будем считать, что величина К п однозначно определена. При этом на основе формул (5.3.4) и (5.3.6) имеем:

Таким образом, каждому варианту режима обработки и каждой системе организации обслуживания рабочих мест соответствуют определенные величины коэффициентов К" { (X) и Kl (X). Для выполнения программы выпуска продукции необходимо, чтобы соблюдалось ограничение:

Оптимальный вариант, удовлетворяющий ограничениям (5.3.2), (5.3.3) и (5.3.8), должен определяться по критерию минимума суммарных затрат на заданную программу выпуска продукции.

В условиях действующего производства при фиксированном количестве единиц используемого оборудования варианты режимов обработки будут различаться в основном расходами на оплату труда рабочих - S р (X), инструмент - S„ (20 и электроэнергию - S э (X). В этом случае целевой функции (5.3.9) будет эквивалентна функция

На основе соотношений (5.3.2), (5.3.3), (5.3.8), (5.3.9) структуру задачи оптимизации технологического режима в условиях действующего производства при фиксированном количестве единиц оборудования можно представить в следующем виде: найти

при котором

Расчеты при выборе оптимального режима резания выполняются в следующем порядке.

• 1. В соответствии с требованиями к точности и чистоте обрабатываемой поверхности и с величиной припуска устанавливается глубина резания (t). При черновой обработке стремятся работать с максимальной глубиной резания, допустимой системой СД. Чистовая обработка ведется при небольшой глубине резания. Так, если при обработке на токарном станке припуск составляет 5 мм, то черновая обработка может вестись при t - 4 мм, а чистовая - при t = 1 мм.
• 2. Исходя из принятой глубины резания выбирается подача, обеспечивающая выполнение требований к качеству обработки с учетом геометрии инструмента и допустимых усилий в системе СД. Величина подачи при чистовой обработке регламентируется в основном необходимым качеством обрабатываемой поверхности.
• 3. На основе глубины резания и подачи устанавливается скорость резания. При этом учитываются: требуемая точность и чистота обработки, геометрия и материал инструмента, механические характеристики и материал заготовки, допустимые усилия в системе СД, экономически наиболее эффективные периоды стойкости инструмента.
• 4. Для выбранной скорости резания определяются число оборотов шпинделя, необходимая мощность станка и двойной крутящий момент. Эти величины сопоставляются с паспортными данными станка. Исходя из уточненного числа оборотов шпинделя рассчитывается фактическая скорость резания.

В зависимости от конкретных производственных условий и возможностей применения вычислительной техники на практике используются различные методики установления режимов обработки. При оперативном нормировании чаще всего используются общемашиностроительные нормативы режимов резания, а также различного рода таблицы и номограммы, позволяющие сократить трудоемкость технологических расчетов. Наряду с этим все большее применение получают автоматизированные системы технологического проектирования и нормирования труда, важнейшей частью которых являются алгоритмы и программы оптимизации режимов обработки.

В связи с расширяющимся применением оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) и гибких автоматизированных производств (ГАП) наиболее перспективными являются комплексные системы проектирования производственных процессов, включающие комплексы взаимосвязанных расчетов по выбору оптимальных вариантов последовательности обработки, технологического оборудования, инструмента, приспособлений, режимов резания, по определению всех составляющих нормы времени с учетом масштабов выпуска продукции и этапов ее освоения. Результаты расчетов выдаются в виде технолого-нормировочных карт, в которых для каждой операции указываются: оборудование, инструмент, приспособления, режимы обработки, норма времени и разряд работы. Наряду с этим при выполнении операции на станке с числовым программным управлением выдается программа работы станка.

После выбора оптимального варианта режима обработки машинное время на операцию однозначно определяется установленными значениями технологических параметров. Так, при обточке детали на токарном станке машинное время определяется по формуле

где L - длина пути инструмента в направлении подачи, мм; / - длина обрабатываемой поверхности, мм; 1 - длина врезания инструмента, мм; / 2 - длина перебега инструмента, мм; п - число оборотов в минуту; s 0 - подача в мм/об; s м - подача в мм/мин; i - число рабочих ходов (проходов), определяется соотношением припуска на обработку (И) и глубины резания (/) при каждом рабочем ходе, т. е. t + ti +... + = h.

• При многостаночной работе от стойкости инструмента зависит среднее время работы станка без участия рабочего. Это время непосредственно влияет на величину нормы обслуживания, а следовательно, и на среднее время простоя станкав ожидании обслуживания.

Задачам оптимизации управления системами электроснабжения уделяется пристальное внимание, начиная с момента появления первых автоматизированных систем проектирования и автоматизированных систем управления на основе компьютеров. Действующие программные системы позволяют проверять реальность и оптимальность проектных решений по отдельным энергетическим объектам, а также надежность функционирования работающей энергосистемы в целом путем решения конкретных технологических задач. Программное обеспечение используется также для сравнительного анализа разных стратегий проектирования, монтажа, оптимизации и эксплуатации при принятии решений на основании состояния и параметров режима электрической сети.

Основными элементами электрической сети являются силовые трансформаторы подстанций и линии электропередачи. Данные элементы в любом аналитическом или синтетическом программном продукте представляются своими математическими моделями. Из всего множества моделей в общем случае можно выделить два основных вида, используемых при решении поставленных задач:

1) Общепринятая графическая модель электрической схемы энергосистемы (включая силовые трансформаторы и ЛЭП);

2) Специализированные модели расчетных схем, описывающие схему электрической сети энергосистемы на уровне требований применяемых математических методов и конкретных технологических задач.

Задачи повышения энергоэффективности систем электроснабжения различных объектов требуют выполнения мероприятий, нередко связанных с инженерными расчетами. Инженерные расчеты в области энергосбережения являются трудоемким процессом. Принимая во внимание сложность и высокую стоимость выполнения таких работ, необходимость и полезность энергосберегающих мероприятий не всегда являются очевидными для руководства предприятий, организаций и учреждений.

Большая часть принимаемых решений строго регламентирована законами, руководящими указаниями и другими нормативными документами. Это дает возможность автоматизировать решения многих частных и комплексных задач, в том числе задач по повышению энергоэффективности эксплуатирующихся силовых трансформаторов.

На трансформаторных подстанциях устанавливаются, как правило, два силовых трансформатора. В зависимости от суммарной нагрузки подстанции в ненагруженные часы выгодно отключать один трансформатор. Такой режим работы следует считать мероприятием по энергосбережению, так как коэффициент полезного действия оставшегося в работе трансформатора приближается к максимальному значению.

Оптимальную нагрузку трансформатора S ОПТ, отвечающую максимально возможному коэффициенту полезного действия, можно найти по формуле :

где S НОМ - номинальная мощность трансформатора, кВ∙А; ΔP ХХ - потери холостого хода, кВт; ΔP КЗ - потери короткого замыкания, кВт.

Отношение оптимальной нагрузки трансформатора и его номинальной мощности является оптимальным коэффициентом загрузки трансформатора k З:

При пользовании формулами (1) и (2) коэффициент загрузки трансформаторов получается достаточно низким (в пределах 0,45÷0,55), так как трансформаторы выпускаются с соотношением потерь холостого хода и короткого замыкания в диапазоне 3,3÷5,0. Обычно в проектной практике пользуются максимальными значениями нагрузки, по которым определяется и загрузка трансформаторов. Коэффициент загрузки оказывается значительно ниже оптимального значения, поэтому находящиеся в настоящее время в эксплуатации силовые трансформаторы имеют низкую загрузку и многие из них работают в неоптимальном режиме.

Потери мощности в силовом трансформаторе определяют по формуле :

где U - фактическое напряжение на выводах обмотки высшего напряжения трансформатора, кВ; U НОМ - номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, кВ.

Потери электроэнергии в силовом трансформаторе зависят от времени включения трансформатора, формы графика электрических нагрузок и определяются по формуле:

где Т ГОД - количество часов работы трансформатора в году, ч; τ - время наибольших потерь, определяемое по фактическому графику нагрузки или через справочное значение количества часов использования максимальной нагрузки, ч.

Минимум потерь энергии в трансформаторе в течение года будет при равенстве потерь энергии холостого хода и энергии короткого замыкания. Нагрузку трансформатора, учитывающую показатели графика электрической нагрузки Т ГОД, τ и отвечающую минимуму потерь электроэнергии можно найти с учетом (4) при U=U НОМ:

Проведены сравнительные расчеты по формулам (1) и (5) с учетом средних значений продолжительности использования максимума нагрузки в промышленности . Расчеты показали, что понижающие трансформаторы требуют более высокой загрузки, чем они имеют на практике.

В некоторых случаях может оказаться целесообразным отключение части трансформаторов, работающих на общую нагрузку S Н. Определим экономически выгодную нагрузку S ЭК,Δ P при работе, в пределах которой достигается максимально выгодная загрузка трансформаторов. При изменении нагрузки от нуля до S ЭК,Δ P целесообразна работа одного трансформатора, при нагрузке свыше S ЭК,Δ P , экономически выгодна работа двух трансформаторов. Нагрузка S ЭК,Δ P , при которой целесообразно отключать один из трансформаторов и обусловленная равенством потерь мощности при работе одного и двух трансформаторов определяется по формуле:

Нагрузку S ЭК,Δ W , обусловленную равенством потерь электроэнергии при работе одного и двух трансформаторов, предлагается, по аналогии с (6), определять с учетом времени включения трансформатора и формы графика электрических нагрузок по формуле:

На рисунке согласно уравнениям (3) и (4) представлены зависимости потерь мощности и электроэнергии в силовых трансформаторах двухтрансформаторной подстанции от мощности нагрузки на шинах низшего напряжения S Н.

Рис. - Определение экономической мощности трансформаторов по критериям

минимума потерь мощности и электроэнергии: ΔP 1 , ΔW 1 - потери мощности и энергии при работе одного трансформатора; ΔP 2 , ΔW 2 - потери мощности и энергии при работе двух трансформаторов.

Анализ зависимостей ΔP(S Н) и ΔW(S Н) показывает смещение экономической мощности в сторону ее увеличения при учете времени включения трансформатора и фактического графика электрических нагрузок. При расчетах S ЭК,Δ W по (7) увеличивается интервал экономической мощности. В этом случае увеличивается продолжительность работы подстанции с одним трансформатором при неравномерном графике нагрузки. Экономия достигается за счет отсутствия потерь холостого хода отключенного трансформатора.

Влияние фактического напряжения U на выводах трансформатора на потери мощности и энергии отражают формулы (3) и (4). С целью снижения потерь целесообразно установить такой режим трансформатора, при котором напряжение на обмотках высшего напряжения не будет превышать номинальное значение. Существенное снижение напряжения также недопустимо, поскольку может не обеспечить требования ГОСТ по отклонению напряжения у потребителя. Снижение напряжения на подстанциях приводит также к увеличению потерь электроэнергии в линиях электропередачи.

Следует отметить, что в рамках жизненного цикла силового трансформатора наблюдаются изменения магнитных свойств электротехнической стали и рост потерь холостого хода ΔP ХХ. При расчетах потерь электроэнергии в силовых трансформаторах рекомендуется использовать фактические значения потерь холостого хода, полученные путем измерений в условиях эксплуатации. Это в первую очередь относится к группам силовым трансформаторам, находящимся в длительной эксплуатации. Последние исследования показывают, что для силовых трансформаторов со сроком эксплуатации более двадцати лет паспортные потери холостого хода ΔP ХХ.ПАСП при расчетах должны быть увеличены на 1,75% за каждый год эксплуатации сверх 20 лет :

где T СЛ - срок эксплуатации трансформатора, лет.

Тогда с учетом (2), (4), (5) и (8) оптимальный коэффициент длительной загрузки силового трансформатора, находящегося в эксплуатации более 20 лет, должен определяться по формуле:

Очевидно, что отключение по экономическим соображениям части трансформаторов не должно отражаться на надежности электроснабжения потребителей. С этой целью выводимые из работы трансформаторы должны сопровождаться устройствами автоматического ввода резерва. Целесообразно автоматизировать операции отключения и включения трансформаторов. Для сокращения числа оперативных переключений частота вывода трансформаторов в резерв не должна превышать 2-3 раз в сутки. Кроме того, загрузка трансформаторов, определяемая по формулам (7) и (9) не должна превышать допустимые значения . Исходя из соотношения показателей экономичности и надежности, рассматриваемые в настоящей статье подходы, являются весьма актуальными для подстанций, имеющих сезонные колебания нагрузки.

Приведенные в настоящей статье положения по оптимизации режимов работы трансформаторов реализованы в виде программного обеспечения . Веб-сервис «Онлайн Электрик» позволяет руководителям предприятий и учреждений достаточно оперативно оценивать технико-экономические показатели мероприятий по повышению энергоэффективности работы трансформаторного оборудования и устанавливать их целесообразность, а энергоаудиторам - качественно дополнять и обосновывать энергетические паспорта зданий и сооружений в сокращенные сроки.

Реализация энергосберегающих мероприятий на трансформаторном оборудовании посредством ресурсов «Онлайн Электрик» имеет целый ряд преимуществ по сравнению с классическим решением подобных задач «вручную» или на программном обеспечении, устанавливаемом на персональных компьютерах, а именно:

1) не нужно приобретать и устанавливать прикладные программы на компьютер;

2) имеется возможность подключения к системе из любой точки планеты;

3) пользователю нет необходимости отслеживать и постоянно обновлять версии программного обеспечения;

4) отчеты с предоставлением используемых формул позволяют убедиться в достоверности расчетов.

Список используемых источников

1. Киреева, Э.А. Полный справочник по электрооборудованию и электротехнике (с примерами расчетов): справочное издание / Э.А. Киреева, С.Н. Шерстнев; под общ.ред. С.Н. Шерстнева.- 2-е изд., стер.- М.-: Кнорус, 2013.- 864 с.

2. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д. Л. Файбисовича. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : ЭНАС, 2012. - 376 с. : ил.

3. ГОСТ 14209-97. Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов.- Введ. 2002.01.01.- Минск, 1998.

4. Коротков, А.В. Методы оценки и прогнозирования энергетической эффективности электротехнических комплексов городских распределительных сетей [Электронный ресурс]: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.09.03 / Коротков А.В.; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. - Электрон. текстовые дан. (1 файл: 283 Кб). - Санкт-Петербург, 2013. - Загл. с титул. экрана. - Электронная версия печатной публикации. - Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). - Текстовый файл. - Adobe Acrobat Reader 7.0. - .

5. Онлайн Электрик: Интерактивные расчеты систем электроснабжения. - 2008 [Электронный ресурс]. Доступ для зарегистрированных пользователей. Дата обновления: 08.02.2015. - URL: http://www.online-electric.ru (дата обращения: 08.02.2015).

Введение
В условиях реструктуризации и перехода к рыночным механизмам в энергетике России приоритетными в развитии энергетической науки становятся направления, связанные со снижением себестоимости отпускаемой тепловой и электрической энергии на основе повышения эффективности их работы. При этом следует отметить, что речь идет не о введении дополнительных мощностей путем постройки новых источников энергии, а о повышении конкурентоспособности существующих.
На сегодняшний день разработанные методики оптимизации режимов работы и управления оборудованием ТЭЦ недостаточно учитывают фактическое состояние, связанное с устареванием и моральным износом основного и вспомогательного оборудования, а нормативная база энергетических характеристик оборудования требует постоянной корректировки в процессе эксплуатации. Существующие методы планирования оптимального управления режимами работы энергетическим оборудованием трудоемки и занимают много времени, что снижает оперативность принятия решений персоналом ТЭЦ не только в вопросах эффективного распределения нагрузок между агрегатами, но и подготовки и подачи качественных отчетов и ценовых заявок по участию ТЭЦ в реализации электроэнергии на ОРЭМ.
Рассмотрим некоторые методики оптимизации режимов работы энергетического оборудования.

Выбор оптимального состава агрегатов

Оптимальное распределение тепловой нагрузки между агрегатами ТЭЦ

Оптимизация режимов работы турбин при прохождении провалов электрических нагрузок