Критерии надежности электропроводки


Основные показатели надежности электроснабжения

Под надежностью электрической сети (или ее участка) понимают способность осуществлять передачу и распределение требуемого количества электроэнергии от источников к потребителям при нормативных уровнях напряжения и в соответствии с заданным графиком нагрузки. Надежность участка сети определяется надежностью и параметрами входящих в се состав элементов (трансформаторов, коммутационной аппаратуры, линий электропередачи и др.) и схемой их соединения.
Нарушение работоспособности объекта называется отказом. В случае отказа отдельных элементов сети может произойти (в зависимости от схемы соединений) отказ участка сети, приводящий к нарушению электроснабжения потребителей: полному прекращению питания, частичному ограничению нагрузки, отклонению напряжения от допустимых нормами пределов.
При разработке вариантов схемы электрической сети должны быть соблюдены требования нормативных и руководящих документов к надежности. Однако в ряде случаев могут дополнительно потребоваться расчеты количественных показателей надежности, в частности, для решения следующих вопросов:
сопоставления различных мероприятий, предусматриваемых для обеспечения требуемого потребителем уровня надежности;
обоснования экономической целесообразности повышения надежности (степени резервирования) сверх нормативных требований.
При сопоставлении различных мероприятий для обеспечения требуемого потребителем уровня надежности или обосновании экономической целесообразности повышения надежности сверх нормативных требований рекомендуется рассматривать математическое ожидание ущерба от вынужденных простоев (аварийных отключений).
В современных условиях функционирования электроэнергетики математическое ожидание ущерба от плановых простоев должно учитываться при заключении двухстороннего договора купли-продажи электрической энергии как одно из условий этого соглашения. В соответствии с договором поставщик обязуется поставить покупателю электрическую энергию в определенном количестве и определенного соответствующими техническими регламентами и иными обязательными требованиями качества, а покупатель обязуется принять и оплатить электрическую энергию на условиях заключенного в соответствии с правилами оптового рынка и основными положениями функционирования розничных рынков договора. В договоре купли-продажи электрической энергии могут оговариваться условия, при которых ущерб от плановых отключений компенсируются покупателю снижением величины тарифа на покупаемую электроэнергию.
В качестве показателей, количественно характеризующих надежность участка сети и ее элементов, принимаются:
параметр потока отказов (среднее количество отказов в год) о>, 1/год:
частота плановых ремонтов, о>в, 1/год;
среднее время восстановления (средняя продолжительность послеаварийного ремонта или замены объекта в долях года) Т, лет:
среднее время простоя при преднамеренных отключениях, Тр, лет;
коэффициент готовности (вероятность работоспособного состояния объекта в промежутках между плановыми простоями) К,, о. е.;
вероятность вынужденного простоя (вероятность неработоспособного состояния объекта в промежутках между плановыми простоями) Кв,о.е.;
вероятность безотказной работы в течение года (вероятность того, что за год не произойдет ни одного отказа объекта) Pm _ 0
Перечисленные показатели надежности являются техническими характеристиками надежности и позволяют сопоставлять между собой надежность нескольких объектов, а также проверять соответствие рассматриваемых вариантов схем требуемому уровню надежности, если он задан количественно.
Показатели надежности электрооборудования и линий электропередачи, находящихся в эксплуатации, приняты по материалам ОАО «Фирма ОРГРЭС». Эти показатели предназначены для сравнительных расчетов и оценок электрических сетей, энергосистем, систем электроснабжения потребителей и узлов нагрузки, оценки уровня надежности различных схем, определения целесообразности и эффективности мероприятий и средств повышения надежности и не предназначены для определения надежности отдельных видов оборудования и включения в технические задания на разработку нового оборудования.
Показатели надежности рассчитаны ОРГРЭС по данным об отказах действующего электрооборудования и линий электропередачи, содержащимся в картах отказов за период 1983-1989 гг., актах расследований технологических нарушений в работе за период 1990—1994 гг., а также в «Указаниях по применению показателей надежности элементов энергосистем и работы энергоблоков с паротурбинными установками», утвержденных Минэнерго СССР 03.09-1984 г.
Была установлена достаточность и представительность выборки данных за 7-летний период, поскольку за этот период не выявлено явно выраженной тенденции изменения показателей надёжности.
Основные показатели надежности отдельных элементов электрических сетей, предназначенные для оценочных расчетов, по данным ОРГРЭС приведены в табл.

Комплексные показатели надежности.

Коэффициент готовности характеризует готовность объекта к функционированию, т.е. к применению по назначению:

где TQ средняя наработка на отказ; Тв — среднее время восстановления.

Можно показать, что коэффициент готовности — это вероятность застать объект в работоспособном состоянии в произвольный момент времени (без учета простоя по организационным причинам).

Коэффициент оперативной готовности характеризует готовность объекта к функционированию с учетом простоев по организационным причинам:

где TQрг— простои по организационным причинам: вызов ремонтных бригад, доставка запасных частей и т.п.

Коэффициент технического использования характеризует долю времени нахождения объекта в работоспособном состоянии с учетом простоя объекта на всех видах технического обслуживания и ремонта:

где 7 , — суммарная наработка; t. / , — суммарное время пребы-

вания в обслуживании и ремонте.

Показатели надежности электроснабжения

Все перечисленные показатели можно использовать для оценки системы сельского электроснабжения. Но для этой системы главное требование — способность в любой момент времени снабжать электрической энергией присоединенных к ней потребителей. Поэтому основными показателями надежности принято считать число (п) и длительность (То) отключений.

Отключения сельских сетей вызываются различными причинами и могут быть случайными (внезапными) или преднамеренными (плановыми). Такое деление отражает не только природу наступления отключений (первые возникают при аварийных ситуациях, а вторые осуществляет обслуживающий персонал в плановом порядке), но и последствия, которые наступают у потребителя при перерывах в электроснабжении. Аварийные отключения из-за своей неожиданности всегда приносят больший ущерб, чем плановые. Для учета этих особенностей вводят понятие эквивалентной продолжительности отключений

где Тав, Тпл — продолжительности аварийных и плановых отключений, соответственно; у — коэффициент, учитывающий меньшую тяжесть плановых отключений (у = 0,1 . 0,4).

Книга: Оценка надежности и ремонтопригодности электрооборудования

Министерство сельского хозяйства и продовольствия

Департамент кадровой политики и образования

Костромская Государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра «Электропривод и электротехнология»

К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

по дисциплине «Эксплуатация электрооборудования»

Оценка надежности и ремонтопригодности электрооборудования

Кострома, 2000 год.

Пособие к практическим занятиям составлено в соответствии с программой курса «Эксплуатация электрооборудования» для студентов специальности 3114 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» очной формы обучения, рассмотрены на заседании методической комиссии факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства Костромской государственной сельскохозяйственной академии и рекомендованы к изданию.

Протокол №___________________________ 2000 г.

Составитель: Шмигель В.В., к.т.н., доцент кафедры «Электропривод и электротехнология», КГСХА

1. Основные показатели надежности электрооборудования

1.1 Показатели безотказности неремонтируемых объектов

1.2 Показатели безотказности ремонтируемых объектов

1.3 Статистическая оценка показателей надежности

1.4 Ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость электрооборудования

1.5 Комплексные показатели надежности

1.6 Надежность систем из последовательно и параллельно соединенных элементов

1.7 Решение типовых примеров

2. Определение резервного фонда электрооборудования

2.1 Использование теории массового обслуживания для решения эксплуатационных задач

2.2 Аналитический метод расчета резервного фонда электрооборудования

2.3 Решение типовых примеров

3. Техническая диагностика электрооборудования

3.1 Метод последовательных поэлементных проверок

3.2 Метод последовательных групповых примеров

3.3 Решение типовых примеров

Приложение 1. Функция Лапласа

Приложение 2. Значение гамма-функции Г(Х)

Приложение 3. Значение функции распределения Пуассона Pk > m (t)

Приложение 4. Продолжительность простоев технологических процессов

Приложение 5. Определение среднего числа простаивающих технологических процессов

Приложение 6. Таблица значений функции е -х

Приложение 7. Интенсивности отказов электротехнических изделий

1. Основные показатели надежности электрооборудования

1.1. Показатели безотказности неремонтируемых объектов

Неремонтируемые объекты работают до первого отказа. Различные показатели надежности таких объектов являются характеристиками случайной величины наработки до первого отказа. Для таких объектов обычно используются следующие показатели: P(t) — вероятность безотказной работы, f(t) — плотность распределения наработки до отказа,l (t) — интенсивность отказов, Т1 наработка до отказа.

Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах заданного интервала времени или наработки не возникнет отказ объекта. Это убывающая функция, при t ® Ґ P(t) ® , значения ее находятся в диапазоне 0. 1 [1].

Плотностью распределения наработки до отказа (частотой отказов) называется производная от функции надежности [1]

Интенсивность отказов характеризует условную вероятность того, что объект откажет на интервале (t + t), при условии, что он был работоспособен в начале интервала. Интенсивность отказов определяется по формуле [1]

l ( t ) = f ( t ) / P ( t ) (1.3.)

Наработкой до первого отказа называется математическое ожидание наработки объекта до первого отказа. На основании известного соотношения между математическим ожиданием и дифференциальным законом распределения случайной величины устанавливается связь Т1 с вероятностью безотказной работы [1]

Различные периоды работы технических устройств [1].

При рассмотрении работоспособности любого технического устройства или изделия различают три периода его “жизни”:

а) период приработки. В это время проявляются конструктивные и технологические отказы внезапного характера. Постепенные отказы практически отсутствуют. За счет устранения дефектных элементов и мест некачественной сборки и по мере приработки деталей интенсивность отказов уменьшается и в конце периода снижается до некоторого наименьшего значения. Графически это выглядит следующим образом:

Рис. 1 Изменение интенсивности внезапных отказов в период приработки (участка 0-t1 ) примерно описывается законом Вейбулла.

б) Период нормальной эксплуатации

На этом интервале внезапные конструктивно-технологические отказы продолжают уменьшаться, но одновременно возрастает доля постепенных отказов.

Рис.2. Изменение интенсивности постепенных отказов в период нормальной эксплуатации (участок t1 -t2 ).

Участок нормальной эксплуатации обычно в десятки раз продолжительнее периода приработки. На этом участке показатели надежности достаточно строго описываются экспоненциальным распределением случайных величин.

В это время преобладают постепенные отказы из-за износа и старения

электрооборудования. Интенсивность отказов постепенно растет, причем темпы роста трудно прогнозировать. На рис. 2 это характеризуется участком t2 -t3 . Для описания показателей надежности в большей мере подходят закономерности нормального распределения случайных величин. Суммарный же график “жизни” устройства будет иметь вид:

Рис. 3 График “жизни” устройства l п постепенные отказы; l в — внезапные отказы; l и износовые отказы

Описанная закономерность появления отказов позволяет сделать следующие выводы по организации рациональной эксплуатации электрооборудования — в период приработки электрооборудования необходим более тщательный надзор за каждым элементом и постоянный контроль за режимом работы; в период нормальной эксплуатации нельзя нарушать периодичность обслуживания электрооборудования, т.к. это увеличит интенсивность отказов и преждевременно наступит период износа; в начальный период износа электрооборудование должно быть направлено в капитальный ремонт или снято с эксплуатации.Из трех рассмотренных законов распределения случайной величины наиболее часто используется показательное распределение. Оно применимо для сложных систем, характеризует работу изделия на участке длительной эксплуатации, расчеты ведутся по простым формулам. При оценке надежности используются также нормальный закон распределения на участке ускоренного износа изделий и распределение Вейбулла на участке приработки.

Для описания дискретных случайный величин в теории надежности применяется распределение Пуассона. Согласно закону Пуассона вероятность того, что случайная величина примет вполне определенное значение k, вычисляется по формуле [2]

где а — параметр распределения.

Тип распределения случайной величины наработки до отказа зависит от особенностей процесса развития отказа. Для электротехнических изделий, находящихся в эксплуатации, наиболее часто применяются следующие законы распределения: экспоненциальный, нормальный, Вейбулла. Ниже в табл. 1.1.приведены формулы для оценки показателей надежности при различных законах распределения наработки до отказа.

Название: Оценка надежности и ремонтопригодности электрооборудования
Раздел: Рефераты по физике
Тип: книга Добавлен 18:44:37 22 декабря 2010 Похожие работы
Просмотров: 230 Комментариев: 15 Оценило: 2 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать

Вероятность безотказной работы

f ( t ) = l exp ( — lt )

Наработка до отказа

Вероятность безотказной работы

P ( t ) = exp ( -l t b )

f ( t) =l b t (b-1) exp ( — l t b )

l ( t ) =l b t ( b-1 )

Наработка до отказа

Вероятность безотказной работы

Наработка до отказа

В табл. 1.1. l и b — параметры распределения Вейбулла, Г — гамма — функция (см. табл. 2 приложения), mt и st — параметры нормального распределения, Ф(х) = 2/ — функция Лапласа.

1.2 Показатели безотказности ремонтируемых объектов [2]

Ремонтируемые объекты после возникновения отказа восстанавливают и продолжают эксплуатировать. Процесс их использования можно представить как последовательное чередование интервалов времени работоспособного и неработоспособного состояний. Показатели безотказности ремонтируемых объектов являются: вероятность безотказной работы Р( t ), параметр потока отказов m( t ), и средняя наработка на отказ Т.

Вероятность безотказной работы для нового оборудования рассматривается до первого отказа, а для оборудования, находящегося в эксплуатации, — до отказа после восстановления работоспособности. Расчет показателя ведется по формуле (1.1). Параметр потока отказов представляет собой отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую наработку к величине этой наработки

где D t — малый отрезок наработки; r (t) — число отказов, наступивших от начального момента времени до достижения наработкиt .

Разность r (t+ D t) – r(t) представляет собой число отказов на отрезке D t.

Наработка на отказ Т характеризует среднее число часов работы между двумя соседними отказами

где t — суммарная наработка; r (t) – число отказов, наступивших в течение этой наработки; М [ r(t) ] — математическое ожидание этого числа отказов.

1.3 Статистическая оценка показателей надежности

Рассматриваемые выше показатели надежности для ремонтируемых и неремонтируемых изделий могут быть определены по статистическим данным об отказах электрооборудования.

Точечная статистическая оценка для вероятности безотказной работы [2].

где N – число объектов, работоспособных в начальный момент времени; n(t) – число объектов, отказавших на отрезке 0…t.

Частота отказов, ч -1 из опытных данных рассчитывается по формуле [1]

где Dni — число отказов за промежуток времени D ti ;

N число элементов первоначально установленных на испытание;

D ti – интервал времени.

Интенсивность отказов определяется по формуле [1]

где Dni — число отказов за промежуток времени D ti ;

Nср = ( Ni + Ni +1 ) / 2 — среднее число работоспособных элементов;

Ni — число элементов, работоспособных в начале рассматриваемого промежутка времени;

Ni +1 — число элементов, работоспособных в конце промежутка времени Dti .

Статистическая оценка для средней наработки до отказа производится по выражению [2]

где ti – наработка до первого отказа каждого объекта.

Практически же знать время исправной работы ti всех элементов не представляется возможным, поэтому ограничиваются статистическими данными по отказавшим элементам. Тогда [2]

где Dni количество отказавших элементов в интервале времени D t;

ti время в начале i-го интервала ;

ti+1 время в конце i-го интервала;

tN время, в течение которого отказали все рассматриваемые элементы.

Параметр потока отказов определяют по формуле [2]

где — -число отказов за конечный отрезок времени (t2 – t1 ).

Для стационарных потоков можно применять формулу [2]

где Т * — оценка средней наработки на отказ.

Статистическую оценку средней наработки на отказ Т * вычисляют по формуле [2]

где r(t) – число отказов, фактически происшедших за суммарную наработку t .

1.4 Ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость электрооборудования [2]

Показатели ремонтопригодности необходимы для ремонтируемых объектов. Для количественной оценки ремонтопригодности наиболее часто применяются следующие показатели: P(tв ) – вероятность того, что среднее время восстановления не превысит заданной величины (определяется по ранее приведенным формулам для вероятности безотказной работы) и Тв среднее время восстановления

где – среднее время восстановления i-го объекта;

f ( ) – плотность распределения времени восстановления.

Если в процессе эксплуатации ведется учет отказов времени ремонтов, то среднее время восстановления по статистическим данным можно определить по формуле

где n – количество отказов за время t.

Под долговечностью понимается свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технических обслуживаний и ремонтов. Для количественной оценки долговечности обычно используются такие показатели как средний срок службы и средний ресурс. Следует различать доремонтный, межремонтный, послеремонтный и полный срок службы (ресурс).

Полный срок службы – математическое ожидание срока службы от начала эксплуатации до наступления предельного состояния

При наличии статистических данных указанный показатель определяется по формуле

где tсл i – срок службы i-го объекта;

N – количество объектов.

По аналогичным формулам рассчитывается ресурс, представляющий наработку объекта.

Сохраняемость важна для электрооборудования с длительным сроком хранения (установки для сортировки зерна, стригальные машины и др.). Для оценки сохраняемости можно использовать показатели аналогичные показателям долговечности:

cредний срок сохраняемости

1.5 Комплексные показатели надежности [1]

Помимо единичных показателей надежности, для оценки эксплуатационных характеристик электрооборудования часто используются обобщенные (комплексные) показатели надежности, которые относятся одновременно к нескольким свойствам.

Для оценки степени использования электрооборудования при возникновении неплановых режимов применяется коэффициент готовности (kг ) . Он характеризует два свойства – безотказность и ремонтопригодность. Коэффициент готовности – это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени. Стационарное значение коэффициента готовности определяется по формуле

и характеризует относительное время нахождения электрооборудования в исправном состоянии.

Степень выполнения своих задач электрооборудованием, находившимся в режиме ожидания, может быть оценена коэффициентом оперативной готовности(kог ) . Коэффициент оперативной готовности – это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени и, начиная с этого времени, будет безотказно работать в течение заданного интервала. Следовательно

Входящие в выражение (1.24) сомножители определяются по ранее приведенным формулам.

Для комплексной оценки надежности работы электрооборудования применяется коэффициент технического использования (kт и ) . Коэффициент технического использования – отношение математического ожидания времени работоспособного состояния объекта за некоторый период времени к суммарному времени работоспособного состояния и плановых и неплановых простоев

где Т е суммарная наработка объекта; ТР е — суммарное время простоев из-за плановых и неплановых ремонтов; ТТО е — суммарное время простоев из-за плановых и неплановых технических обслуживаний.

По сравнению с коэффициентом готовности коэффициент технического использования является более общим и универсальным показателем.

1.6 Надежность систем из последовательно и параллельно соединенных элементов [1]

Сложное техническое устройство состоит из нескольких отдельных частей или комбинации разных групп однотипных элементов. Каждая составная часть устройства обладает в течение заданного промежутка времени разным уровнем вероятности безотказной работы (или надежности). От определенного сочетания этих надежностей зависит общий уровень надежности всего устройства. Например. электрическая машина состоит из следующих основных частей: магнитопровод, обмотка статора и ротора, подшипников. Отказ любой из частей приводит к выходу из строя всей машины.

Для расчета вероятности безотказной работы машины как целого устройства в течение заданного промежутка времени нужно знать к какому типу соединения (в смысле теории надежности) принадлежит комбинация этих частей — к последовательному или параллельному.

Электрическая машина относится к устройству с последовательно соединенными элементами, т.к. выход любой из этих частей из строя приводит к отказу всей машины.

Если предположить отказы частей устройства независимыми, то на основании теорем теории вероятностей можно представить следующие уравнения для расчета надежности, например комбинации из двух частей P 1 ( t ) , P 2 ( t ) — надежность одного и другого элемента системы; Q 1 ( t ), Q 2 ( t ) — отказ одного и лругого элемента системы.

Вероятность того, что оба элемента в последовательной системе будут работать безотказно в течение заданного промежутка времени будет выглядеть так:

Вероятность того, что в последовательной системе один или оба элемента откажут

Согласно уравнению (2.1) отказ любого элемента приводит к отказу системы.

Вероятность того, что будут работать один или два элемента системы при параллельном соединении.

Вероятность того, что оба элемента откажут при параллельном соединении

Параллельное соединение элементов иначе называется системой с постоянно нагруженным резервом. Такая параллельная система из двух элементов не отказывает в работе, если отказал один из элементов.

1.7 Решение типовых примеров

Пример 1. Наработка до отказа щита управления электрооборудованием подчинена экспоненциальному закону с интенсивностью отказов l ( t ) = 1,3 × 10 -5 ч -1 . Определить количественные характеристики надежности устройства P ( t ), f ( t ) и T 1 в течение года.

Решение. 1. По формуле P ( t ) = exp (- l t ) определяем

Пример 2. Сравнить между собой наработку до отказа двух неремонтируемых объектов, имеющих функцию надежности, определяемую по формулам

Р1 ( t) = ехр[-(2,5× 10 -3 t)]и Р2 ( t ) = 0,7ехр — (4,1 × 10 -3 t) + 0,08ехр — (0,22 × 10 -3 t).

Решение. По общей формуле для определения наработки до отказа

Наработка до отказа второго объекта выше, чем первого.

Пример 3. Вероятность безотказной работы машины постоянного тока на этапе приработки подчиняется распределению Вейбулла с параметрами l = 2 × 10 -4 ч -1 и b = 1,2 . Определить вероятность безотказной работы и наработку до отказа машины за время t= 400 ч.

Решение. 1. Р( t ) = exp- (l t b ) = exp-(2 × 10 -4 ×400 1,2 ) = 0,767

2. T1 = l -1/b Г(1+1/b) = (2 × 10 -4 ) -1/1,2 ×Г(1+1/1,2) = 1126 ч.

Значения гамма-функции взято по табл.2 приложения.

Пример 4. На испытаниях находилось N= 1000 осветительных приборов. За время t = 3000 ч отказало n = 200 изделий. За последующие Dti = 200 ч отказало еще Dni = 100 изделий. Определить Р * (3000), Р * (3200), f * (3200), l * (3200).

Пример 5. Прибор состоит из четырех блоков. Отказ любого из них приводит к отказу прибора. Первый блок отказал 9 раз в течение 21000 ч, второй — 7 раз в течение 16000 ч, третий — 2 раза и четвертый — 8 раз в течение 12000 ч работы. Определить наработку на отказ, если справедлив экспоненциальный закон надежности.

Решение. 1. Определяем суммарную наработку прибора

t = 21000 + 16000 + 12000 + 12000 = 61000 ч.

2. Определяем число отказов за суммарное время наработки

r ( t ) = 9 + 7 + 2 + 8 = 26

3. Находим среднюю наработку на отказ

Т * = t / r ( t ) = 61000 / 26 = 2346 ч.

Пример 6. При эксплуатации электрооборудования животноводческой фермы зарегистрировано 20 отказов, из них: электродвигателей — 8, магнитных пускателей — 2, реле — 4, электронагревательных приборов — 6. На ремонт затрачивалось: электродвигателей — 1,5 ч, магнитных пускателей — 25 мин, реле — 10 мин, электронагревателей — 20 мин. Найти среднее время восстановления.

2. Находим среднее время восстановления

ТВ * = 90 × 0,4 + 25 × 0,1+10 × 0,2+20 × 0,3 = 46,5 мин

Пример 7. В результате наблюдения за работой 1000 электродвигателей в течение 10000 ч было получено значение l = 0,8×10 -4 ч -1 . Закон распределения отказов экспоненциальный, среднее время ремонта электродвигателя равно 4,85 ч. Определить вероятность безотказной работы, наработку до первого отказа, коэффициент готовности и коэффициент оперативной готовности.

1. Р ( t) = е — l t = e — 0,8 × 10^-4 × 10^4 = 0,45

Пример 8. Навозоуборочный транспортер имеет 2 электродвигателя. Суммарная наработка транспортера за год составляет 200 ч. Эксплуатационные мероприятия включают в себя 1 текущий ремонт продолжительностью 3 ч на каждый электродвигатель и 7 технических обслуживаний по 0,5 ч на каждый электродвигатель. Определить коэффициент технического использования электродвигателей навозоуборочного транспортера.

Пример 9. Тиристорный преобразователь имеет параметры усеченного нормального распределения m= 1200 ч и st = 480 ч. Определить значение вероятности безотказной работы и интенсивности отказов для t = 200 ч.

Значения Ф(2,08) и Ф(2,5) найдем по табл. 1 приложения. Тогда Р(200) = 0,982/0,993 = 0,988.

Эти зависимости пригодны для исследования электрических машин как в целом, так и поэлементно.

Пример 10. Необходимо произвести приближенную оценку вероятности безотказной работы Р(t) и среднюю наработку до первого отказа То асинхронного электродвигателя для двух промежутков времени его работы t = 1000 и 3000 ч, если интенсивность отказов l = 20 × 10 -6 ч -1 .

Т1 = 1/l = 10 6 /20 = 5 × 10 4 ч.

При Р ( t ) = е -( t /10)

Р(1000) = = е — 0,02 = 0,98

Р(3000) = = е — 0,06 = 0,94

Пример 11. Для системы автоматического управления известно

l = 0,01 ч -1 и время работы t = 50 ч. Определить:

Р ( t ); Q ( t ); f ( t ); T1 .

Р ( 50 ) = е — l t = е — 0,01 × 50 = е — 0,5 = 0,607

Q ( 50 ) = 1 — Р ( 50 ) = 1 — 0,607 = 0,393

Т1 = 1/l = 1 / 0,01 = 100 ч.

f ( 50 ) = l е — l t = 0,01× е — 0,01 × 50 = 0,00607 ч -1 .

Пример 12. Определить конструкционную надежность электродвигателя постоянного тока для трех промежутков времени его работы: t1 = 1000 ч., t2 = 3000 ч., t3 = 5000 ч о следующим средним статистическим данным об интенсивности отказов основных её частей в долях единицы на час работы: магнитная система с обмоткой возбуждения l1 = 0,01×10 -6 ч -1 ; обмоткой якоря l2 = 0,05 × 10 -6 ч -1 ; подшипники скольжения l3 = 0,4 ×10 -6 ч -1 ; коллектор l4 = 3 ×10 -6 ч -1 ; щеточное устройство l5 = 1 ×10 -6 ч -1 .

Решение. Определим среднюю результирующую интенсивность отказов всех частей машины

Средняя наработка до первого отказа машины

Т1 = 1/ l = 10 6 / 4,46 = 2,24×10 5 ч.

Вероятность безотказной работы или конструкционная надежность рассматриваемой машины для трех промежутков времени работы будет

Статистическая оценка интенсивности отказов может быть определена отношением числа отказавших изделий к моменту времени D t к числу изделий поставленных на эксплуатацию (в начале испытания).

Например, испытанию подверглись 100 дверей шахты лифты и в интервале между седьмыми и восьмыми сутками испытаний было зарегистрировано 46 отказов. Тогда l = 46/100 = 0,46 отказа за сутки на дверь шахты для оговоренного интервала времени.

Пример. 13. Определить вероятность безотказной работы узла, состоящего из трех элементов, у которых вероятность безотказной работы Р1 = 0,92; Р2 = 0,95; Р3 = 0,96

Она меньше, чем вероятность безотказной работы самого надежного элемента.

Даже если взять 4 элемента и у четвертого элемента Р4 ( t ) = 0,97, то

Рузла (t) = 0,92 × 0,95 × 0,96 × 0,97 = 0,81

При последовательной системе соединения элементов лучше иметь меньше элементов в цепи

Ру = 0,92 × 0,95 = 0,874

При параллельном соединении

Рузла (t) = Р1 (t) + Р2 (t) — Р1 (t) ×Р2 (t) = 0,92 + 0,95 — 0,92 × 0,95 = 1,87 — 0,874 = 0,996.

2.Определение резервного фонда электрооборудования [2]

2.1 Использование теории массового обслуживания для решения эксплуатационных задач

Решение ряда задач эксплуатационного характера по оперативному обслуживанию электрооборудования, снабжению ЭТС запасными частями, работе участков по ремонту электрооборудования и в других случаях удобно выполнять с использованием теории массового обслуживания.

Под системой массового обслуживания (СМО) будем понимать любую систему, предназначенную для обслуживания потока требований. Ограничимся рассмотрением пуассоновских СМО с простейшим потоком требований.

Работа СМО определяется следующими параметрами:

числом каналов n,

плотностью потока заявок l,

плотностью потока обслуживания одного канала m,

числом состояний системы k.

где То — среднее время обслуживания одной заявки.

Системы массового обслуживания делятся на системы с отказами и системы ожиданием. В системах с отказами заявка, поступающая в момент, когда все каналы обслуживания заняты, немедленно получает отказ, покидает систему и в дальнейшем обслуживании не участвует. В системе с ожиданием заявка, заставшая все каналы занятыми, не покидает систему, а становится в очередь и ждет, пока не освободится какой-либо канал.

Вероятность состояния СМО с отказами определяется по формуле Эрланга

где — приведенная плотность потока заявок.

Вероятность отказа (вероятность того, что поступившая заявка найдет се каналы занятыми)

Для одноканальной системы

СМО с ожиданием

В практике работы эксплуатационных служб такие системы встречаются наиболее часто. Для СМО с ожиданием обычно определяют вероятности состояний, среднюю длину очереди, среднее время пребывания в очереди.

Вероятности состояний СМО с ожиданием при установившемся режиме работы рассчитывают по формуле

Вероятность наличия очереди

Средняя длина очереди

Среднее время пребывания в очереди

2.2 Аналитический метод расчета резервного фонда электрооборудования

В практике решения задач о количестве запасных элементов для технических систем широкое распространение получил упрощенный аналитический метод.

При экспоненциальном законе распределения длительности безотказной работы и простейшем потоке отказов вероятность того, что имеющихся в хозяйстве запасных элементов хватит для обеспечения надежной работы системы в течение времениt , определяется по формуле

Поскольку процесс отказов электрооборудования носит случайный характер, достаточность имеющегося резервного фонда для обеспечения надежной работы электроприемников задается с определенной вероятностью. Обычно достаточность резервного фонда Рд находится в диапазоне 0,9. 0,99. Расчет необходимого запаса резервных элементов для неремонтируемого и ремонтируемого электрооборудования выполняется в следующей последовательности.

Неремонтируемое электрооборудование

1.Принимаются следующие исходные условия: поток отказов оборудования простейший, отказавшие элементы заменяются, интенсивность отказов i-го изделия l i , число изделий i-го типаni , достаточность резервного фонда Рд .

2. Определяется суммарная интенсивность отказов i-го изделия

3. Зная заданное время работы системы , рассчитывается параметр распределения Пуассона а= l i S t .

4. По табл. 3 приложения для заданного значения а определяется число резервных элементов такое, чтобы 1- Р k > m ( t ) > Рд .

Процесс использования и пополнения запаса для такого оборудования отличается тем, что вышедшие из строя изделия подвергаются ремонту в течение времени Тр и поступают снова в резервный фонд. Вычисление объема запасных частей в этом случае ведется следующим образом.

1. По заданной интенсивности отказов элементов и их количеству определяется суммарная интенсивность отказов.

2. С учетом времени ремонта Тр и суммарной интенсивности отказов устанавливается параметр распределения Пуассона а= l S Тр .

3. Используя табл. приложения, выбирается число резервных элементов m с таким расчетом, чтобы Р k Рд .

2.3 Решение типовых примеров

Пример 1. Система диспетчерской связи энергосистемы имеет 5 каналов. В систему поступает простейший поток заявок с плотностью l = 4 вызова в минуту. Средняя продолжительность разговора 3 минуты. Определить вероятность застать систему диспетчерской связи занятой.

Решение. 1. Определяем приведенную плотность потока заявок

определяем Ротк = 12! / [5!(1+12/1+12 2 /2!+12 3 /3!+12 4 /4!+12 5 /5!)] = 0,63

Пример 2. Заданы параметры микропроцессорной системы: число каналов — 3, интенсивность потока обслуживания m = 20 с -1 , суммарный входящий поток заявок l = 40 с -1 . Определить вероятность предельного состояния и среднее время ожидания заявки в очереди. Принять СМО с неограниченной очередью.

Решение. По условию примера определяем a = l / m = 40/20 = 2, т.к. a 4 / <3×3!(1-2/3) 2 [1+2/1+2 2 /2+2 3 /3!+2 4 /4!(3-2)]>= 0,9

Определяем среднее время ожидания заявки в очереди

Пример 3. В свинарнике — откормочнике на 3750 мест для обеспечения микроклимата используется комплект оборудования “Климат” с 20 электродвигателями серии 4А мощностью 1,1 кВт и частотой вращения 1500 мин -1 . Интенсивность отказов электродвигателей l = 10 -5 ч -1 , среднее время капитального ремонта отказавшего электродвигателя 30 суток. Определить резервный запас электродвигателей для свинарника, исключающий аварийный простой технологического процесса поддержания микроклимата сверх допустимой нормы tд = 3 ч. Принять kи = 0,6.

Решение. 1.Для заданного среднего времени ремонта электродвигателя Тр = 30 суток определяем

m = 1/Тр = 1/(30×24) = 1,38 × 10 -3 ч -1 , тогда

a = l/m = 10 -5 / 1,38 × 10 -3 = 0,72 × 10 -2

2. Из выражения tП = nП kи /l(n- nП ) cучетом того, что nП -5 ×20/0,6 = 10 -3 .

3. По табл. 5 приложения для n=20, a = 0,72×10 -2 , nП = 10 -3 устанавливаем, что в резерве необходимо иметь 4 электродвигателя. Для 4 электродвигателей среднее число простаивающих технологических процессов nП »tП ln/ kи = 0,0004.

4. Проверяем соответствие tд взятому приближенно tП

tП = nП kи /l(n- nП ) = 0,0004× 0,6 / 10 -5 (20-0,0004) = 1,2 ч -5 (20-0,0019) = 5,7 ч > tд .

Таким образом, для выполнения заданных ограничений по продолжительности перерывов в работе системы микроклимата свинарника необходимо иметь 4 резервных электродвигателя.

Пример 4. На вычислительной станции сельскохозяйственного предприятия установлено 4 ЭВМ. Средняя интенсивность на выполнение расчетов — 4 заявки в час (l = 4). Среднее время решения одной задачи То = 0,5 ч. Станция принимает и ставит в очередь на решение не более 4 заявок. Заявки, поступившие на станцию, когда в очереди находится более 4 задач, получают отказ. Определить вероятность отказа и вероятность того, что все ЭВМ свободны.

Решение. 1. Имеем многоканальную СМО с ожиданием при ограниченном числе мест в очереди.

2. Предварительно вычисляем

m = 1/То = 1/0,5 = 2 ч -1 , a = l/m = 2.

3. По формуле (3.3) определяем вероятность того, что все 4 ЭВМ заняты и 4 заявки стоят в очереди, тогда n=8.

Ротк = 2 8 /[8!(1+2/1+2 2 /2!+2 3 /3!+2 4 /4!+2 5 /5!+2 6 /6!+2 7 /7!+2 8 /8!)] = 0,00086.

4. По формуле (3.5) находим вероятность, что все ЭВМ свободны, k=n=4

Пример 5. Требуется определить вероятность того, что отказы в системе электроснабжения появятся менее 3 раз, если параметр распределения Пуассона а = lt = 3,9.

Решение. По табл. 6 приложения определяем Рk >3 (t), тогда

Рk -6 ч -1 . Общее число электронагревательных элементов в хозяйстве 80, период пополнения резервного фонда 7000 ч. Принять достаточность резервного запаса Рд = 0,98.

Решение. 1. Определяем суммарную интенсивность отказов электронагревательных элементов lS = 4×10 -6 × 80 = 3,2 × 10 -4 ч -1 .

2. Определяем значение параметра а

а = lS ×t = 3,2 × 10 -4 × 7000 = 2,24

3. Для заданного значения а=2,24 по табл.6 приложения определяем Рk > m (t), равное 0,0025. Учитывая, что Р k m ( t )>Pд >0,98, получим

Рk Рд = 0,98, в резервном фонде целесообразно иметь 7 электронагревательных элементов.

Пример 7. В телятнике на 600 голов эксплуатируется 9 электродвигателей серии 4А, имеющих интенсивность отказов l1 = 0,1×10 -4 ч -1 , и 11 электродвигателей серии АО2сх с интенсивностью отказов l2 = 0,5×10 -4 ч -1 . Достаточность резервного фонда 0,95. Рассчитать число запасных электродвигателей при пополнении резервного фонда 1 раз в течение года ( в году 8760 часов).

Решение. 1. Определяем суммарную интенсивность отказов электродвигателей по группам

2. Определяем параметры распределения Пуассона а1 и а2


3. По табл. 3 приложения по а1 и а2 находим значение функции Р k > m ( t ), такое чтобы Р k 0,95, то m1 = 3 ;

для электродвигателей серии АО2сх, т.к. Рk 0,95, m2 = 10.

Пример 8. 100 комплектов однотипной аппаратуры предполагается эксплуатировать в течении 500 ч. Каждый комплект аппаратуры содержит неремонтируемых элементов:

типа А n1 = 5 шт cl1 = 2 ×10 -6 ч -1

типа Б n2 = 10 шт cl2 = 4 ×10 -6 ч -1

типа С n3 = 8 шт cl3 = 0,6 ×10 -5 ч -1

кроме этого имеется 3 типа ремонтируемых элементов

типа Г n4 = 2 шт cl4 = 1,9 ×10 -5 ч -1 , Тв4 = 60 ч,

типа Д n5 = 10 шт cl5 = 8 ×10 -6 ч -1 , Тв5 = 90 ч,

типа Е n6 = 3 шт cl6 = 0,4 ×10 -4 ч -1 , Тв6 = 42 ч.

Определить число запасных элементов по всем группам, если требуется гарантированная вероятность работы аппаратуры за счет неремонтируемых элементов каждого типа Р1 ( t ) = 0,99, а за счет ремонтируемых элементов каждого типа Р2 ( t ) = 0,96. Рассчитать также вероятность выполнения аппаратурой в целом своих функций при наличии запасных элементов.

Решение. 1. Определяем параметр а для неремонтируемых элементов (N=100).

а1 = l1 Nn1 t = 2 ×10 -6 × 100 × 5 ×500 = 0,5

а2 = l2 Nn2 t = 4 ×10 -6 × 100 × 10 ×500 = 2

а3 = l3 Nn3 t = 0,6 ×10 -5 × 100 × 8 ×500 = 2,4

2. По табл. 3 приложения для полученных значений а с учетом того, что 1-Р1 ( t ) = 0,01 находим m1 = 4, m2 = 7, m3 = 8.

3. Определяем параметр распределения Пуассона для ремонтируемых элементов

4. По табл. 3 приложения для Р2 ( t ) = 0,96 находим m4 = 2, m5 = 3, m6 = 3.

5. Определяем вероятность выполнения аппаратурой своих функций

Пример 9. Решить пример 8 при условии проведения капитального ремонта вышедших из строя электродвигателей в течение 720 ч и пополнения ими резервного запаса.

Решение. 1. Определяем суммарную интенсивность отказов электродвигателей l1 å =l1 ×n1 = 9 × 0,1 × 10 -4 = 0,9 × 10 -4 ч -1 .

2. Определяем параметр а

3. По табл. 3 приложения определяем число резервных элементов: для двигателей серии 4А m1 = 2, для двигателей АО2сх m2 = 3.

3. Техническая диагностика электрооборудования [2]

3.1 Метод последовательных поэлементных проверок

При использовании этого метода система рассматривается в виде последовательной цепочки элементов, выход каждого из которых приводит к отказу изделия. Для каждого элемента должны быть известны данные о надежности и времени проведения проверок.

Идея метода поэлементных проверок состоит том, что поиск отказавшего узла ведется путем диагностики каждого из элементов в определенной, заранее установленной, последовательности. При обнаружении отказавшего элемента поиск прекращается и производится замена отказавшегося элемента, а затем проверка работоспособности объекта. Если проверка показывает, что объект имеет еще один отказ, то поиск продолжается с той позиции, на которой был обнаружен отказывающий элемент. Операция продолжается, пока не будет обнаружен последний неисправный элемент.

Основная задача, решаемая при использовании метода последовательных поэлементных проверок, заключается в определении последовательности проверок. При этом в общем виде рассматривается объект, состоящий из N элементов, произвольным образом соединенных между собой, с известными интенсивностями отказов li , i=1,2,…N. Обычно предполагается, что неработоспособным может быть только один элемент. Известны также продолжительности проверок каждого элемента ti . Необходимо найти такую последовательность проверок, при которой среднее время поиска неисправности будет минимальным.

Имеющего в технической литературе [26,39] рекомендации по использованию метода предусматривают применение в качестве критерия оптимальности минимума отношения ai / ti , где ai = — коэффициент отказа i-го элемента или l i / l S .

Для обеспечения минимального среднего времени поиска отказавшего элемента проверки следует осуществлять в соответствии с последовательностью a1 /t1 2 /t2 -5 ч -1 )

Время поиска отказавшего элемента одинаково для всех проверок и составляет 5 мин. Используя метод последовательных поэлементных проверок, установить оптимальную последовательность диагностирования системы управления.

Решение. 1. Определяем суммарную интенсивность отказов системы

a1 / t = 0,032, a2 / t = 0,0136, a3 / t = 0,018, a4 / t = 0,022, a5 / t = 0,018, a6 / t = 0,022, a7 / t = 0,028, a8 / t = 0,0046, a9 / t = 0,0046, a10 / t = 0,009, a11 / t = 0,0046, a12 / t = 0,009, a13 / t = 0,009, a14 / t = 0,0046.

4. В соответствии с принятым критерием оптимальности располагаем полученные отношения a i / ti в порядке возрастания. Окончательно устанавливаем следующую последовательность проверок

8® 9 ® 11 ® 14 ® 10 ® 12 ® 13 ® 2 ® 3 ® 5 ® 4 ® 6 ® 7 ® 1.

Пример 2. Основными элементами электропривода вентилятора (рис. 4.2) являются: аппарат защиты от токов короткого замыкания (1), вводное коммутационное устройство (2), силовые контакты магнитного пускателя (3), электродвигатель (4), устройство дистанционного включения и отключения электропривода (5), катушка магнитного пускателя (6).

Рис. 3.2. Функциональная схема электропривода вентилятора

Буквами А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З обозначены входные и выходные сигналы элементов. Известны коэффициенты отказов элементов a1 = 0,3 , a2 = 0,1 , a3 = 0,1 , a4 = 0,2 , a5 = 0,1 , a6 = 0,2 . Используя метод групповых проверок, требуется составить алгоритм поиска отказавшего элемента, обеспечивающий минимальное среднее количество проверок.

Решение. 1. Составляем перечень возможных проверок (табл. 4.1). В таблицу также для каждой проверки поместим вероятности отрицательного исхода

Таблица 3.1
Тип распределения Показатели надежности
Экспоненциальное

Из анализа последнего столбца таблицы видно, что минимальное значение критерия соответствует проверкам П4 , П9 , П19 .У проверки П9 4 элемента проверяется. Поэтому рассмотрение ведем по П4 и П19 , имеющих по 3 элемента. Выбираем проверку П19 т.к. ее легче реализовать. При положительном исходе проверки П19 отказавший элемент будет находиться в группе, состоящей из 1, 2 и 5 элементов, а при отрицательном исходе – группе элементов 3, 6, 4.

2. Составляем перечни возможных проверок и вероятности их отрицательных исходов для вновь полученных групп, состоящих из 1, 2, 5 и 3, 6,4 элементов. Результаты показаны в табл. 3.2 и табл. 3.3. В этих таблицах Р( ) будет определятьсясуммой значенийвероятностей отрицательного исхода ( для П1 : Р( ) = 0,3+0,3. Первое 0,3 взято из табл. 3.1, а второе 0,3 значение вероятности элемента).

Таблица3.2
Пk Входной сигнал Выходной сигнал
Таблица 3.3
Пk Входной сигнал Выходной сигнал

3. Проводим анализ материалов табл. 3.2 и 3.3. Данные табл. 3.2 свидетельствуют о том, что наиболее информативными являются проверки П1 и П7 . Для обеих проверок = 0,1 . Выбираем проверку П1 . При отрицательном исходе ее неисправен элемент 1, при положительном исходе – несправный элемент находится в группе элементов 2 и 5. Так как в последнем случае остается только 2 элемента, то дальнейшая последовательность проверок безразлична. Аналогичный подход применим при рассмотрении табл. 3.3.

Выбираем проверку П12 и П18 . При положительном исходе проверки П12 нужно проверить элементы 3 и 6, при отрицательном – несправен элемент 4.

4. Строим алгоритм проверок

1. Ермолин Н.П., Жерихин И.П. Н Надежность электрических машин. Л.: Энергия, 1976.

2. Хорольский В.Я., Медведев А.А., Жданов В.Г. Задачник по эксплуатации электрооборудования. Ставрополь, 1997.

4. Приложения

Функция Лапласа Ф ( х )

Пk Входной сигнал Выходной сигнал

Значение гамма — функций Г(х).

Х Ф(х) Х Ф(х) Х Ф(х) Х Ф(х)

Значение функции распределения Пуассона

Х Г(х) Х Г(х) Х Г(х) Х Г(х)
a
m 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
1,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000
1 0,095 1813 2592 3297 3935 4512 5034 5507 5934 6321
2 0047 0175 0369 0616 0902 1219 1558 1912 2275 2642
3 0002 0011 0036 0079 0144 0231 0341 0474 0629 0803
4 0001 0003 0008 0018 0034 0058 0091 0135 0190
5 0001 0002 0004 0008 0014 0023 0037
6 0001 0002 0003 0006
7 0001
m 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0
1,000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
1 0,667 6988 7275 7534 7769 7981 8173 8347 8504 8647
2 3010 3374 3732 4082 4422 4751 5068 5372 5663 5940
3 0996 1205 1429 1665 1912 2166 2428 2694 2963 3233
4 0257 0338 0431 0537 0656 0788 0932 1087 1253 1429
5 0054 0077 0107 0143 0186 0237 0296 0364 0441 0527
6 0010 0015 0022 0032 0045 0060 0080 0104 0132 0165
7 0001 0003 0004 0006 0009 0013 0019 0026 0034 0045
8 0001 0001 0002 0003 0004 0006 0008 0011
9 0001 0001 0002 0002
m 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0
1,000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
1 0,87 8892 8997 9093 9179 9257 9328 9392 9450 9502
2 6204 6454 6691 6916 7127 7326 7513 7689 7854 8009
3 3504 3773 4040 4303 4562 4816 5064 5305 5540 5768
4 1514 1806 2007 2213 2424 2640 2859 3081 3304 3528
5 0621 0725 0838 0959 1088 1226 1371 1523 1682 1847
6 0204 0249 0300 0357 0420 0490 0567 0651 0742 0839
7 0059 0075 0094 0116 0142 0172 0206 0244 0287 0335
8 0015 0020 0026 0033 0042 0053 0066 0081 0099 0119
9 0003 0005 0006 0009 0011 0015 0019 0024 0031 0038
10 0001 0001 0001 0002 0003 0004 0005 0007 0009 0011
11 0001 0001 0001 0002 0002 0003
12 0001 0001
m 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3.8 3,9 4,0
1,000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
1 0,995 9592 9631 9666 9698 9727 9753 9776 9798 9817
2 8153 8288 8414 8532 8641 8743 8838 8926 9008 9084
3 5988 6201 6406 6603 6792 6973 7146 7311 7469 7619
4 3752 3975 4197 4416 4634 4848 5058 5265 5468 5665
5 2020 2194 2374 2558 2746 2936 3128 3322 3516 3712
6 0943 1054 1171 1295 1424 1559 1699 1844 1994 2149
7 0388 0446 0510 0579 0653 0733 0818 0909 1005 1107
8 0142 0168 0198 0231 0267 0308 0352 0401 0454 0511
9 0047 0057 0069 0083 0099 0117 0137 0160 0185 0214
10 0014 0018 0022 0027 0033 0040 0048 0058 0069 0081
11 0004 0005 0006 0008 0010 0013 0016 0019 0023 0028
12 0001 0001 0002 0002 0003 0004 0005 0006 0007 0009
13 0001 0001 0001 0001 0002 0002 0003
14 0001 0001
m 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4.8 4,9 5,0
1,000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
1 0,983 9850 9864 9877 9889 9899 9909 9918 9926 9933
2 9155 9220 9281 9337 9389 9437 9482 9523 9561 9596
3 7762 7898 8026 8149 8264 8374 8477 8575 8667 8753
4 5858 6046 6228 6406 6577 6743 6903 7058 7207 7350
5 3907 4102 4296 4488 4679 4868 5054 5237 5418 5595
6 2307 2469 2633 2801 2971 3142 3316 3490 3665 3840
7 1214 1325 1442 1564 1689 1820 1954 2092 2233 2378
8 0573 0639 0710 0786 0866 0951 1040 1133 1231 1334
9 0245 0279 0317 0358 0403 0451 0503 0558 0618 0681
10 0095 0111 0129 0149 0171 0195 0222 0251 0283 0318
11 0034 0041 0048 0057 0067 0078 0090 0104 0120 0137
12 0011 0014 0017 0020 0024 0029 0034 0040 0047 0055
13 0003 0004 0005 0007 0008 0010 0012 0014 0017 0020
14 0001 0001 0002 0002 0003 0003 0004 0005 0006 0007
15 0001 0001 0001 0001 0001 0002 0002
16 0001 0001

Продолжительность простоя технологических процессов

По откорму крупного рогатого скота

Обеспечение требуемого микроклимата

Первичная обработка молока

Обеспечение требуемого микроклимата

Обеспечение требуемого микроклимата при температуре наружного воздуха,С:

Приготовление витаминной муки

Обеспечени микроклимата при температуре наружного воздуха,С:

*В числителе приведены данные при выращивании огурцов и томатов, в знаменателе — зелени.

Определение среднего числа простаивающих технологических процессов

Надежность электрооборудования — критерий его выбора

Прошедшая в конце марта этого года седьмая Международная выставка «Энергетика и энергосбережение» еще раз показала, что число конкурентов в производстве низковольтного электрооборудования (НЭО) неуклонно растет, при этом рост доли электрооборудования иностранного производства превалирует.

Ввиду того, что выставка дает представление о выпускаемой электротехнической продукции, основных производителях электрооборудования, образцах пользующихся спросом, и ценах, которые нередко отличаются почти на порядок, то у потребителя возникают затруднения при выборе электрооборудования (ЭО).

Сложность процесса принятия решения усугубляется и тем, что многие производители достигли в рекламной сфере значительных успехов и представленные на выставке буклеты многих гипнотизируют, в то время как напутствия потребителю никто не издает.

Ниже предлагается способ выбора элементов НЭО на примере электромеханического контактора на основе использования информации рекламных буклетов производителей: ABB SST (Германия), ЧЭАЗ (Россия) и Шнейдер-Электрик (Франция), который может быть использован потребителем НЭО в виде рекомендаций по выбору отдельных образцов.

Пусть для какого-либо технологического процесса необходимы многоразовые коммутации переменного тока промышленной частоты в 1000 А. Тогда, используя каталог электротехнической продукции группы предприятий «ЭТМ» № 4, 2000, 224с (стр. 70) для контакторов серии ЕН, номенклатурные списки «Контакторы» издание 24 «ЧЭАЗ» (стр. 30) и каталог «Компоненты системы автоматизации в промышленности» «Шнейдер-Электрик» (стр.161) составим сводную таблицу параметров контакторов с максимально-допустимым током, равным заданной выше величине.

Из данных таблицы следует, что все три контактора по многим показателям идентичны, что дает возможность провести следующее сравнение по четырем из семи позиций:

1. Самым износостойким является контактор фирмы «Шнейдер-Электрик», так как допустимое число циклов ВО его в 10 раз превышает допустимое число циклов контактора ЕН-700 и более чем в 4 раза допустимое число циклов контактора КТ 6060.

2. Предположительно массогабаритные показатели зарубежных контакторов можно считать близкими к оптимальным, при этом отечественные контакторы уступают почти в 2 раза по массе и в 1,1. 1,5 раза по занимаемому объему.

3. Если считать, что качество и масса металла контактных повреждений, используемых для коммутации заданной величины тока, для всех контакторов одинакова по физическим соображениям, то самым дешевым является отечественный контактор, при этом стоимость зарубежных превышает стоимость КТ 6060 более чем в 4 и 6 раз соответственно.

Изложенное можно отнести к производственному этапу предлагаемого способа выбора НЭО, за которым следует эксплуатационный этап, имеющий 2 аспекта, один из которых можно назвать качественным, а другой количественным.

Качественный аспект второго этапа выбора сводится к тому, что завод, выпускающий контакторы типа КЕ 6060, зарекомендовал себя как поставщик надежного НЭО и по опыту безаварийной эксплуатации его НЭО в Египте, Иране и Индии, в странах СЭВ и на территории России равных себе не имеет, что подтверждается соответствующей информацией из доклада председателя НТС РАО «ЕЭС» России А.Ф. Дьякова, зачитанного 6 декабря 2000 года на общем собрании членов АЭН России совместно с научной сессией отделения ФТПЭ РАН.

Количественный аспект эксплуатационного этапа выбора образцов НЭО заключается в том, что за время эксплуатации любой из указанных контакторов может быть в исправном состоянии и в нерабочем состоянии (в том числе и восстанавливаемом), поэтому, задаваясь величинами: временем исправной работы (гарантия завода 15 лет) и временем восстановления (около 5 часов), а также временем аварийного простоя (около 13 часов) — данные взяты из книги Я.Д. Баркана «Эксплуатации электрических систем», М., Высшая школа, 1990 г., 304 с (табл. 7.4. 7.6), можно получить значение коэффициента готовности для контактора КТ 6060, равное 0,9967, в то время как для зарубежных контакторов информации о времени восстановления и о времени аварийного простоя пока нет.

Данное обстоятельство объясняется тем, что указанные фирмы, как и многие другие, не имеют на территории России достаточно развитой сети складов готовой продукции с ремонтными и обслуживающими бригадами, поэтому выход из строя любого из контактора типа ЕН-700 LCI-F800 предопределяет останов производственного технологического процесса с подсчетом ущерба от перерыва в электроснабжении.

Для большинства технических объектов, предназначенных для выполнения некоторой функции в течение интервала времени, образованного требуемым моментом времени, заданным интервалом времени и сроком службы, наиболее вероятной характеристикой надежности является коэффициент оперативной готовности, рассчитываемый по известным методикам.

Нередко под коэффициентом оперативной готовности коммутационного аппарата понимают вероятность того, что контактор, находясь в режиме ожидания, окажется работоспособным в произвольный момент времени и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.

Можно считать, что для отечественных образцов НЭО расчет обоих коэффициентов труда не составляет, в то время как по указанным выше соображениям оценка надежности электрических систем с зарубежными образцами затруднена.

Данное положение предполагает, что на отдельных объектах при простой электрической схеме системы электроснабжения наиболее предпочтительной является установка зарубежных контакторов. Это относится и к случаям, когда нужна повышенная износоустойчивость, которой, например, характеризуется контактор фирмы «Шнейдер-Электрик».

Однако для большинства случаев при выборе НЭО для энергообъектов или крупных промышленных предприятий описанный способ может быть доступным инструментом для принятия ответственного решения по окончательному выбору как контакторов так и других образцов электрооборудования.

Кабельная арматура, ЕЭС , Сети , Энергоснабжение, Система автоматизации, СРО

1 . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 . Показатели надежности (ПН) элементов энергосистем предназначены для сравнительных расчетов и оценок (далее — расчетов, оценок) надежности энергосистем, электрических станций, электрических сетей, систем электроснабжения потребителей и узлов нагрузки, сравнительной оценки уровня надежности электроустановок и линий электропередачи в различных схемах и условиях эксплуатации, определения целесообразности и эффективности мероприятий и средств повышения надежности и совершенствования системы планово-предупредительных ремонтов, нормирования резервов оборудования, материалов, запасных частей. Показатели надежности не следует использовать для оценки надежности отдельных видов оборудования.

Показатели работы энергоблоков с паротурбинными установками и их элементов предназначены для оценки влияния работы энергетических блоков на надежность работы электрических станций и энергосистем.

1.2 . Показатели надежности элементов энергосистем и показатели работы энергоблоков с паротурбинными установками позволяют унифицировать банк исходных данных при расчетах и оценках надежности.

При расчетах надежности конкретных энергосистем и электростанций допускается использование более представительных показателей надежности электрооборудования, полученных по данным эксплуатации соответствующих энергосистем.

1.3 . В качестве основных показателей надежности приняты:

— параметр потока отказов ω , 1/год;

— среднее время восстановления T в , ч;

— продолжительность ремонтов (планового, капитального, текущего) T р , ч;

— частота ремонтов (плановых, капитальных, текущих) µ , 1/год.

Для линий электропередачи используются также показатели надежности:

— среднее число преднамеренных отключений µ , 1/год;

— среднее время простоя при преднамеренных отключениях T р , ч.

1.4 . Показатели надежности приведены для: трансформаторов, выключателей, разъединителей, отделителей, короткозамыкателей, сборных шин, воздушных и кабельных линий, асинхронных электродвигателей.

1.5 . Для энергоблоков с паротурбинными установками и их элементов приведены следующие показатели работы:

— параметр потока отказов ω ′ , 1/год;

— среднее время восстановления T в , ч;

— удельное число остановов блока n , 1/агрегато-год;

— среднее время плановых простоев , ч.

2 . ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

2.1 . В качестве основных показателей надежности трансформаторов приняты:

— параметр потока отказов ω , 1/год;

— среднее время восстановления T в , ч;

— частота текущих ремонтов µ Т , 1/год;

— продолжительность текущего ремонта T РТ , ч.

Основные показатели надежности трансформаторов приведены в табл. 1.

Показатели надежности трансформаторов

* На один трансформатор.

** Для однофазных трансформаторов.

*** Для трехфазных трансформаторов.

2.2 . Усредненные значения показателей надежности приведены для всех типов трансформаторов независимо от их назначения. Показатели параметра потока отказов и среднего времени восстановления трансформаторов получены как среднее значение за 6 лет — с 1977 г. по 1982 г. Показатели µ Т (1/год) и T РТ (ч) приведены для текущих ремонтов, выполняемых в соответствии с требованиями действующих Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ) и Правил организации технического обслуживания и ремонта оборудования, зданий и сооружений электрических станций и подстанций.

2.3 . Показатели надежности трансформаторов разработаны совместно кафедрой «Электрические станции» МЭИ и ПО «Союзтехэнерго» по материалам ПО «Союзтехэнерго».

3 . ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ

3.1 . В качестве основных показателей надежности выключателей, короткозамыкателей, отделителей и разъединителей приняты:

— параметр потока отказов ω , 1/год;

— среднее время восстановления T в , ч;

— частота капитальных ремонтов µ к , 1/год;

— продолжительность капитального ремонта, T рк , ч.

Основные показатели надежности коммутационных аппаратов приведены в табл. 2 и 3.

3.2 . Показатель ω получен как среднее значение за 6 лет — с 1977 г. по 1982 г. (в расчете на 1 аппарат). Параметр T в получен как среднее время восстановления на один отказ аппарата с приводом за тот же период. Параметры µ к и T рк , приведенные в табл. 3 , определены в соответствии с требованиями ПТЭ по «Нормам времени на капитальный и текущий ремонты и техническое обслуживание оборудования подстанций напряжением 35 — 500 кВ» (М.: СПО Союзтехэнерго, 1980) и «Нормам времени на ремонт и техническое обслуживание электрического оборудования напряжением 750 кВ» (М.: СПО Союзтехэнерго, 1979).

3.3 . Параметр потока отказов разъединителей приведен из литературных источников. Показатели надежности отделителей, короткозамыкателей и параметры T в , µ к , T рк разъединителей определялись аналогично соответствующим показателям для выключателей.

В табл. 4 приведены значения относительной частоты отказов выключателей a оп , под которым понимается отношение количества отказов выключателей при выполнении коммутационных операций, в том числе отключений КЗ, к общему количеству операций (в расчете на один аппарат).

В табл. 5 приведены значения относительной частоты отказов выключателей при отключении КЗ a кз , под которым понимается отношение количества отказов выключателей при отключении КЗ к количеству отключенных КЗ. При этом учитывались отказы как собственно выключателя, так и его привода, вызвавшие отказ функционирования выключателя, но не учитывались отказы устройств релейной защиты.

3.4 . Показатели надежности выключателей, отделителей, короткозамыкателей разработаны совместно кафедрой «Электрические станции» МЭИ и ПО «Союзтехэнерго» по материалам ПО «Союзтехэнерго», показатели надежности разъединителей разработаны кафедрой «Электрические станции» МЭИ.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Надежность электрооборудования и систем электроснабжения

Главные понятия и определения надежности

Надежность плотно сплетена с разными сторонами эксплуатации электроустановок. Надежность — свойство объекта делать данные функции, сохраняя во времени значения его эксплуатационных характеристик в данных границах, соответственных данным режимам и условиям внедрения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки.

Надежность применительно к системам электроснабжения: бесперебойное снабжение электроэнергией в границах допустимых характеристик ее свойства и исключение ситуаций, небезопасных для людей и среды. При всем этом объект должен быть работоспособным.

Под работоспособностью понимается такое состояние частей электрического оборудования, при котором они способны делать данные функции, сохраняя значения данных характеристик в границах установленных нормативно-технической документацией. При всем этом элементы могут не удовлетворять, к примеру, требованиям, относящимся к внешнему облику.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности оборудования, именуется отказом . Причинами отказов могут быть недостатки, допущенные при конструировании, производстве и ремонте, нарушения правил и норм эксплуатации, естественные процессы изнашивания и старения. По нраву конфигурации главных характеристик электрического оборудования до момента появления отказа различают неожиданные и постепенные отказы .

Неожиданным именуют отказ, который наступает в итоге резкого скачкообразного конфигурации 1-го либо нескольких главных характеристик (обрыв фаз кабельных и воздушных линий, разрушение контактных соединений в аппаратах и др.).

Постепенным именуют отказ, который наступает в итоге долгого, постепенного конфигурации характеристик, обычно из-за старения либо изнашивания (ухудшение сопротивления изоляции кабелей, движков, роста переходного сопротивления контактных соединений и др.). При всем этом конфигурации параметра по сопоставлению с исходным уровнем в почти всех случаях могут быть зарегистрированы при помощи измерительных устройств.

Принципной различия меж неожиданными и постепенными отказами нет, т.к. неожиданные отказы почти всегда являются следствием постепенного, но укрытого от наблюдения конфигурации характеристик (к примеру, изнашивания механических узлов контактов выключателей), когда их разрушение воспринимают как неожиданное событие.

Необратимый отказ свидетельствует о потере работоспособности . Перемежающйся — неоднократно самоустраняющийся отказ объекта. Если отказ объекта не обоснован отказом другого объекта, то его считают независящим , в неприятном случае — зависимым .

Отказ, появившийся в итоге несовершенства либо нарушения установленных правил и норм конструирования, именуют конструкционным . Отказ, появившийся в итоге несовершенства либо нарушения установленного процесса производства либо ремонта объекта, выполненного на ремонтном предприятии, — производственным . Отказ, появившийся в итоге нарушения установленных правил либо критерий эксплуатации — эксплуатационным . Причина отказа — недостаток.

Надежность является одним из параметров электрического оборудования и систем электроснабжения, которое проявляет себя исключительно в процессе эксплуатации. Надежность закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении, расходуется и поддерживается при эксплуатации.

Надежность является всеохватывающим свойством, которое в, зависимости от специфичности электроустановок и критерий ее эксплуатации, может включать в себя: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость в отдельности либо в определенном сочетании, при этом как для электроустановок, так и для отдельных ее частей.

Время от времени надежность отождествляется с безотказностью (в данном случае рассматривается надежность в «узеньком смысле»).

Безотказность – свойство технических средств безпрерывно сохранять работоспособность в течение некого времени. Это более принципиальная составляющая надежности электроустановок, зависящая от безотказности частей, схемы их соединения, конструктивных и многофункциональных особенностей, критерий эксплуатации.

Долговечность – свойство технических средств сохранять работоспособность до пришествия предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

В рассматриваемом случае предельное состояние технических средств определяется невыполнимостью их предстоящей эксплуатации, что обуславливается или понижением эффективности, или требованиями безопасности, или пришествием морального старения.

Ремонтопригодность – свойство технических средств, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению предпосылки появления отказов и устранению их последствий методом технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность охарактеризовывает большая часть частей электроустнаовок и не имеет смысла только для тех частей, которые не ремонтируются в процессе использования (к примеру, изоляторы воздушных линий (ВЛ)).

Сохраняемость – свойство технических средств безпрерывно сохранять исправное (новое) и работоспособное состояние в процессе хранения и транспортировки. Сохраняемость частей ЭУ характеризуется их способностью противостоять отрицательному воздействию критерий хранения и транспортирования.

Выбор количественных характеристик надежности находится в зависимости от вида электроэнергетического оборудования. Невосстанавливаемыми именуются такие элементы электроустановок, работоспособность которых в случае появления отказа не подлежит восстановлению в процессе использования (трансформаторы тока, кабельные вставки и др.).

Восстанавливаемыми являются изделия, работоспособность которых в случае появления отказа подлежит восстановлению в процессе использования. Примером таких изделий могут служить электронные машины, силовые трансформаторы и др.

Надежность восстанавливаемых изделий обуславливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью, а надежность невосстанавливаемых изделий — их безотказностью, долговечностью и сохраняемостью.

Причины, действующие на надежность частей электроустановок

Электроустановки, применяемые для преобразования, передачи и рассредотачивания электроэнергии, подвергаются воздействию огромного количества причин, которые можно подразделить на четыре группы: воздействия среды, эксплуатационные, случайные, ошибки проектирования и монтажа.

К факторам среды, где работают элементы электроустановок, относятся интенсивность грозовой и ветровой деятельности, гололедные отложения, обложные дождики, влажный снег, густой туман, изморозь, роса, солнечная радиация и другие. Большая часть из причин среды приводятся в погодных справочниках.

Применительно к передаточным устройствам – воздушные полосы всех классов напряжений – более соответствующими факторами, содействующими их отказам, являются моросящий дождик, влажный снег, густой туман, изморозь и роса, а у силовых трансформаторов, установленных на электроустановках открытого типа, к факторам среды относятся солнечная радиация, атмосферное давление, температура среды (фактор, тесновато связанный с категорией размещения и климатическими критериями).

Особенностью эксплуатации частей электроустанвок открытого выполнения всех классов напряжений является изменение всех причин, к примеру, изменение температуры от +40± до -50±С. Колебание интенсивности грозовой деятельности по регионам нашей страны составляет от 10 до 100 и поболее грозовых часов в год.

Воздействие наружных погодных причин приводит к появлению изъянов в процессе использования: увлажнение масла в трансформаторах и масляных выключателях, увлажнение внутрибаковой изоляции и изоляции траверс масляных выключателей, увлажнение остова вводов, разрушение опорных и проходных изоляторов при гололедных, ветровых нагрузках и т.п. Потому для каждого климатического района при эксплуатации электроустаноко нужен учет причин среды.

К эксплуатационным факторам относятся перегрузки частей электроустановок, токи маленьких замыканий (сверхтоки), разные виды перенапряжений (дуговые, коммутационные, резонансные и др.).

Согласно правилам технической эксплуатации, воздушные полосы 10 — 35 кВ с изолированной нейтралью допускается эксплуатировать при наличии однофазового замыкания на землю, а продолжительность их устранения не нормируется. При таких критериях эксплуатации дуговые замыкания в разветвленных распределительных сетях являются основной предпосылкой повреждения ослабленной изоляции.

Для силовых трансформаторов более чувствительными из эксплуатационных причин являются их перегрузка, механические усилия на обмотках при сквозных токах маленьких замыканий. Существенное место в эксплуатационных факторах занимают квалификация персонала и сопутствующие им воздействия (ошибки персонала, плохой ремонт и сервис и т.п.).

К группе причин, косвенно влияющих на надежность работы электроустановок, относятся ошибки проектирования и монтажа: несоблюдение руководящих материалов при проектировании, неучет требований надежности, неучет величины емкостных токов в сетях 10 — 35 кВ и их компенсации при развитии сетей, плохое изготовка частей электроустановок, недостатки монтажа и др.

Маленькую группу влияющих на характеристики надежности электроустановок в эксплуатации составляют случайные причины: наезд транспорта и сельскохозяйственных машин на опоры, перекрытие на передвигающийся транспорт под проводами ВЛ, обрыв провода и т.п.

Основные понятия теории надежности при эксплуатации судового электрооборудования

Читайте также:

  1. DES. Основные параметры
  2. I Основные понятия
  3. I. МЕХАНИКА И ЭЛЕМЕНТЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
  4. I. МЕХАНИКА И ЭЛЕМЕНТЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
  5. I. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ВНЕШНЕЙ ПОЛИТИКИ
  6. I. Основные признаки грыж живота
  7. I. Основные этапы развития дерматологии и венерологии
  8. I.1. Системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Основные понятия и определения.
  9. I.15.11.1 Выработать основные положения проекта
  10. II. Основные направления социально-медицинской работы с семьями детей ограниченными возможностями
  11. II. Основные определения
  12. III. Методы исследования в области теории исторической науки
Предприятия Технологический процесс

Надежность судового электрооборудования

Основные понятия теории надежности устанавливаются путем описания соотношений между ними. Необходимо сразу же отметить некоторую условность (относительность) многих из этих понятий и определений, как это делается и в других областях науки. Мы остановимся лишь на соотношении между понятиями «надежность» и «эффективность».

Эффективность системы — более общее и широкое понятие, включающееся в себя и надежность. Чтобы выделить надежность из понятия эффективности, изобразим следующую схему

2.1.1. Под эффективностью системы будем понимать совокупность свойств, позволяющих определять степень приспособленности системы и выполнение поставленных задач. Эффективность выполнения системой определенных задач характеризуется в первую очередь надежностью и живучестью.

Рис. 2.1. Структурная схема надежности судового электрооборудования

2.1.2. Под надежностью будем понимать способность системы сохранять свойства, необходимые для выполнения заданного назначения при нормальных (повседневных) условиях ее эксплуатации в течение требуемого промежутка времени.

2.1.3. Под живучестью будем понимать способность системы сохранять свойства, необходимые для выполнения заданного назначения, при наличии воздействия (взрывов, пожаров, затоплений и т.д.), не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации.

Надежность системы обеспечивается, в свою очередь, еще более конкретными свойствами этой системы, а именно безотказностью, ремонтнопригодностью и долговечностью.

2.1.4. Под безотказностью понимается свойство системы сохранять работоспособность (т.е. не иметь отказов) в течение определенного времени при нормальных условиях эксплуатации.

2.1.5. Под ремонтнопригодностью (восстанавливаемостью) понимается приспособленность системы к предупреждению, обнаружению и устранению отказов.

2.1.6. Долговечность — способность системы к длительной эксплуатации при необходимом техническом обслуживании, в которое могут входить и различные виды ремонтов.

Безотказность — основное и определяющее свойство, обеспечивающее высокую надежность системы. Остановимся несколько подробнее на понятии «отказ».

2.1.7. Отказ это событие, после возникновения, которого система утрачивает способность выполнять заданное назначение (т.е. теряет свою работоспособность полностью или частично). Понятие отказа является весьма полезной характеристикой надежности, т.к. оно позволяет вводить различные численные критерии надежности. Однако часто возникают затруднения в определении отказа, что это: отказ или нет? В таком случае и вся теория надежности до некоторой степени субъективна, а различные количественные критерии надежности представляют собой не что иное, как степень нашей уверенности или меру оправдания каких-то надежд, которые мы возлагаем на тот или иной объект. Чтобы не было споров в вопросе по оценкам отказа в 1967 г. был создан ГОСТ 13 377-67, в котором установлены термины определения в области надежности изделий и второй ГОСТ 13 216-67 по надежности, в котором изложены общие технические требования и методы испытаний на надежность, что мы еще коснемся во II семестре, изучая надежность и методы испытания электрической аппаратуры.

Вообще вся теория надежности построена на теории множеств и алгебры логики, а также статистических данных, о чем Вы можете узнать, проработав [1] в списке литературы.

| следующая лекция ==>
Якорных и рулевых устройств и электротахометров | Электрооборудованию

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 1090 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Критерии надежности электропроводки

С образованием самостоятельно хозяйствующих электросетевых структур возникла потребность в оценке надёжности электрической сети, как отдельно выделенного объекта рассмотрения. Решение данной задачи осуществляется на основе принципов и положений системотехники, теории иерархических многоуровневых систем, теории случайных процессов с использованием публикаций отечественных и зарубежных авторов по теории надёжности электроэнергетических систем.

В многочисленных публикациях по надёжности систем энергетики вопросы надёжности функционирования электрических сетей рассматриваются совместно с генерирующей частью ЭЭС.

Основной задачей электрической сети является обеспечение устойчивого снабжения электрической энергией потребителей, подсоединённых к этой сети. Поэтому качество работы электрической сети, прежде всего, следует оценивать надежностью электроснабжения потребителей, например, вероятностью того, что будет обеспечено непрерывное снабжение потребителей энергией требуемого качества.

Общей характеристикой показателей надёжности является то, что они имеют вероятностную природу и характеризуют вероятность наступления определённого события или выполнения заданных требований. Возможны оценки надёжности средним значением контролируемой случайной величины, дополненным доверительными границами.

В практике получило применение задание пороговых значений показателей надёжности, выполняющих роль нормативных требований. Нормативные требования принимаются соглашением с соответствующими обоснованиями и зависят от достигнутого в данный момент времени технического прогресса в области используемых технологий и оборудования, уровня организации эксплуатации и других факторов, и с течением времени должны пересматриваться.

Второе направление связано с технологическими нарушениями и получило название промышленная безопасность. Под промышленной безопасностью технического объекта (системы) понимается его способность обеспечить защиту человека, природной среды и собственности от опасных воздействий, возникающих при авариях и инцидентах на этом объекте.

Понятие живучести технического объекта (системы) в «широком» смысле – способности объекта полностью или в ограниченном объёме выполнять свои функции при воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации, а при полной или частичной утрате работоспособности – восстанавливать её за допустимое время. Показатели живучести имеют вероятностный характер и отражают риск возникновения чрезвычайной ситуации, оценки времени восстановления и другие.

В электроэнергетике имеет место понятие живучести объекта в «узком» смысле – свойство объекта противостоять возмущениям, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением питания потребителей на длительное время.

Все перечисленные свойства сложных технических комплексов, определяющие качество их функционирования, должны учитываться при принятии решения на управляющие воздействия в задачах управления.

Электрическая сеть, как сложный технический комплекс, относится к многоуровневым иерархическим системам. При оценке надёжности функционирования электрической сети важно различать следующие иерархические уровни рассмотрения.

— нижний уровень – оборудование, аппаратура и конструкции – включает в себя электросетевое силовое оборудование, коммутационную аппаратуру, элементы и конструкции линий электропередачи и электроподстанций, аппаратуру систем автоматики, релейной защиты и управления. Всё перечисленное относится к заводским изделиям, как правило, серийного выпуска;

— средний уровень – электросетевые объекты, фрагменты и узлы электрической сети – к данному уровню относятся большинство типовых технических решений, которые могут повторяться при проектировании линий электропередачи, узлов электроподстанций (сборных шин, систем собственных нужд, трансформаторного блока и другого), внешнего электроснабжения выделенного узла нагрузки, комплекса релейной защиты и автоматики и другого;

— верхний уровень – электрическая сеть в целом – представляет собой уникальный объект рассмотрения.

Согласно теории иерархических многоуровневых систем [1] для каждого уровня существует ряд своих особенностей, закономерностей и принципов, критериев и показателей, характеризующих поведение системы. В общем случае критерии и показатели, используемые для характеристики системы на одном уровне, не всегда применимы для других уровней рассмотрения. Поэтому оценки надёжного функционирования электрической сети, подходы и способы их получения могут различаться в зависимости от иерархического уровня.

Другим важным методическим аспектом при исследовании свойства надёжности электрической сети является понятие «отказа». В последующем изложении под отказом понимается непредусмотренное прекращение или утрата объектом способности выполнять в необходимом объёме (размере) свои функции свыше допустимого времени.

Причинами отказов в электрической сети в большинстве случаев могут быть повреждения в оборудовании, аппаратуре и конструкциях электросетевых объектов или появление недопустимых режимных параметров в элементах сети, требующее принятия неотложных действий по их устранению.

Под надёжностью понимается свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Для вычисления показателей наиболее приемлемы статистические методы оценки надёжности по данным эксплуатации. Поэтому важно в электрической сети организовать учёт случаев о граничения в электроснабжении узлов нагрузок и формирования информационной базы, содержащей данные о месте, времени и причине случаев нарушения электроснабжения в узлах, величине ограничения нагрузки и длительности ограничения.

С развитием и совершенствованием договорных рыночных отношений с потребителями электрической энергии такой учёт случаев нарушения электроснабжения потребуется не только для получения оценок надёжности работы электрической сети, но и для разрешения спорных вопросов по претензиям потребителей к имевшему место уровню надёжности энергоснабжения за год, который согласован и утверждён в договорных обязательствах.

Использование статистических оценок надёжности по данным эксплуатации не исключает совершенствование и применение в практике диагностических методов и экспертных оценок, особенно на нижнем иерархическом уровне рассмотрения – для оборудования, аппаратов, конструкций и т.д. Все отмеченные методы (статистические, диагностические и экспертные) дополняют друг друга и при комплексном подходе к оценке состояния наиболее ответственных видов оборудования должны быть применены вместе. В то же время, для оценки надёжности работы электрической сети на среднем и особенно на верхнем иерархических уровнях рассмотрения статистические методы могут оказаться основными.

1. Месарович М., Мако Д., Тахакара. Теория иерархичесих многоуровневых систем. – М.: «Мир», 1973.

2. Инстукция по расследованию и учету технологических нарушений в работе энергосистем, электростанций, котельных, электрических и тепловых сетей. РД 153 – 34.0 – 2.801 – 2000. – РАО «ЕЭС России».

3. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надёжность систем энергетики. – М.: Наука, 1986.

4. Эндрени Дж. Моделирование при расчётах в электроэнергетических системах: Пер. с англ. / Под ред. Ю.Н. Руденко. – М.: Энергоатомиздат, 1983, – 336 с.

5. Биллинтон Р., Аллан Р. Оценка надёжности электроэнергетических систем: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1988, – 288 с.

6. ГОСТ 27.002 – 89 Надёжность в технике. Основные понятия, термины, и определения. Издательство стандартов, 1990.

7. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и её инженерные приложения.–М.:Наука, 1991, – 384 с.

8. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и её инженерные приложения. – М.: ВШ, 2000, – 480 с.

6.6.1. Основные показатели надежности

6.6.1. Основные показатели надежности

Под надежностью электрической сети (или ее участка) понимают способность осуществлять передачу и распределение требуемого количества электроэнергии от источников к потребителям при нормативных уровнях напряжения и в соответствии с заданным графиком нагрузки. Надежность участка сети определяется надежностью и параметрами входящих в ее состав элементов (трансформаторов, коммутационной аппаратуры, линий электропередачи и др.) и схемой их соединения.

Нарушение работоспособности объекта называется отказом. В случае отказа отдельных элементов сети может произойти (в зависимости от схемы соединений) отказ участка сети, приводящий к нарушению электроснабжения потребителей: полному прекращению питания, частичному ограничению нагрузки, отклонению напряжения от допустимых нормами пределов.

При разработке вариантов схемы электрической сети должны быть соблюдены требования нормативных и руководящих документов к надежности. Однако в ряде случаев могут дополнительно потребоваться расчеты количественных показателей надежности, в частности, для решения следующих вопросов (см. п. 6.5):

сопоставления различных мероприятий, предусматриваемых для обеспечения требуемого потребителем уровня надежности;

обоснования экономической целесообразности повышения надежности (степени резервирования) сверх нормативных требований.

При сопоставлении различных мероприятий для обеспечения требуемого потребителем уровня надежности или обосновании экономической целесообразности повышения надежности сверх нормативных требований рекомендуется рассматривать математическое ожидание ущерба от вынужденных простоев (аварийных отключений).

В современных условиях функционирования электроэнергетики математическое ожидание ущерба от плановых простоев должно учитываться при заключении двухстороннего договора купли-продажи электрической энергии как одно из условий этого соглашения. В соответствии с договором поставщик обязуется поставить покупателю электрическую энергию в определенном количестве и определенного соответствующими техническими регламентами и иными обязательными требованиями качества, а покупатель обязуется принять и оплатить электрическую энергию на условиях заключенного в соответствии с правилами оптового рынка и основными положениями функционирования розничных рынков договора. В договоре купли-продажи электрической энергии могут оговариваться условия, при которых ущерб от плановых отключений компенсируются покупателю снижением величины тарифа на покупаемую электроэнергию.

В качестве показателей, количественно характеризующих надежность участка сети и ее элементов, принимаются:

параметр потока отказов (среднее количество отказов в год), ?, 1/год;

частота плановых ремонтов, ? п, 1/год;

среднее время восстановления (средняя продолжительность послеаварийного ремонта или замены объекта в долях года), Т в, лет;

среднее время простоя при преднамеренных отключениях, Т р, лет;

коэффициент готовности (вероятность работоспособного состояния объекта в промежутках между плановыми простоями), К г, о. е.;

вероятность вынужденного простоя (вероятность неработоспособного состояния объекта в промежутках между плановыми простоями), К в, о. е.;

вероятность безотказной работы в течение года (вероятность того, что за год не произойдет ни одного отказа объекта), Р т = 0.

Перечисленные показатели надежности являются техническими характеристиками надежности и позволяют сопоставлять между собой надежность нескольких объектов, а также проверять соответствие рассматриваемых вариантов схем требуемому уровню надежности, если он задан количественно.

Показатели надежности электрооборудования и линий электропередачи, находящихся в эксплуатации, приняты по материалам ОАО «Фирма ОРГРЭС». Эти показатели предназначены для сравнительных расчетов и оценок электрических сетей, энергосистем, систем электроснабжения потребителей и узлов нагрузки, оценки уровня надежности различных схем, определения целесообразности и эффективности мероприятий и средств повышения надежности и не предназначены для определения надежности отдельных видов оборудования и включения в технические задания на разработку нового оборудования.

Показатели надежности рассчитаны ОРГРЭС по данным об отказах действующего электрооборудования и линий электропередачи, содержащимся в картах отказов за период 1983–1989 гг., актах расследований технологических нарушений в работе за период 1990–1994 гг., а также в «Указаниях по применению показателей надежности элементов энергосистем и работы энергоблоков с паротурбинными установками», утвержденных Минэнерго СССР 03.09.1984 г.

Была установлена достаточность и представительность выборки данных за 7-летний период, поскольку за этот период не выявлено явно выраженной тенденции изменения показателей надежности.

Основные показатели надежности отдельных элементов электрических сетей, предназначенные для оценочных расчетов, по данным ОРГРЭС приведены в табл. 6.4–6.7.

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СХЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Выбор схем электрических соединений подстанций и сетей часто происходит на основании рекомендаций, приведенных в различных нормативных документах, но без количественной оценки их надежности. При выборе схемных решений по сетевым районам и подстанциям не учитывается появление новых видов высоконадежного электрооборудования, а соответственно возможное рациональное упрощение схем. Такое положение приводит к тому, что в ряде случаев принимаются неоптимальные, с точки зрения экономичности и надежности, решения. Поэтому актуальной остается задача разработки и совершенствования методик оценки надежности схем электрических соединений подстанций и количественных показателей надежности при сравнении различных вариантов схем. Актуальность создания и совершенствования методик расчета надежности вызвана возникающей неопределенностью. Нередко на основании действующих нормативных документов невозможно принять решение об окончательном выборе между несколькими рассматриваемыми вариантами.

Задача оценки показателей надежности сводится к расчету конкретных значений вероятностей безотказной работы схемы по информации об усредненных значениях параметра потока отказов для единицы оборудования и среднем времени его восстановления в течение определенного периода. Далее, по значению ВБР (вероятности отказа) того или иного элемента сети (трансформатора, генератора, линии, присоединения) определяются показатели для схемы в целом.

Основными задачами, решаемыми при проектировании схем электрических соединений, в которых необходим учет надежности в виде ряда показателей или нормативов, являются:

  • — разработка требований и принципов управления схемой в нормальных и аварийных режимах;
  • — получение достоверной информации о единичных показателях надежности нового оборудования;
  • — определение требований и оценка допустимости технического обслуживания и ремонта электрооборудования проектируемых энергообъектов по плановым и аварийным заявкам;
  • — выбор схем коммутации проектируемого энергообъекта;
  • — расчет комплексных показателей надежности основной проектируемой структуры энергообъекта.

На сегодняшний день не существует универсального метода расчета надежности схем электрических соединений, хотя имеется большое число частных методов, основными из которых являются: аналитический; таблично-логический; метод, использующий теорию марковских процессов; метод дерева отказов и др. Отличительные особенности их определяются уровнем допущений, полнотой учитываемых факторов, структурой и содержанием требуемой исходной информации. Известно, что применение их для оценки надежности одной и той же схемы приводит к результатам, порой отличающимся на порядок. Основная причина этого — практическое отсутствие научно обоснованных рекомендаций для конкретного применения каждого из них. Следует отмстить, что даже специально проведенные фундаментальные исследования не привели к окончательному решению поставленной проблемы, поскольку не разрешен ряд противоречий и не устранены недостатки, затрудняющие их практическое использование, в числе их:

  • — существующие методы анализа надежности предполагают индивидуальный детальный анализ каждой схемы;
  • — разные методы предлагают разные критерии оценки надежности;
  • — для расчета надежности гребуется разработка специальных алгоритмов и выбор индивидуальных ограничений;
  • — неудовлетворительная наглядность рекомендуемых схем замещения приводит к неучету ряда влияющих на надежность факторов;
  • — затруднена комплексная оценка показателей надежности схемы энерго- объекга (подстанции, сети, района).

В этой связи предлагается матричный метод оценки надежности схем распределительных устройств подстанций, который позволяет устранить большинство из выявленных недостатков. Для этого вводится следующая классификация элементов схем:

  • — активные — элементы, которые при повреждении смежных элементов могут отключить участок поврежденной сети, т.е. выключатели;
  • — пассивные — другие элементы схемы, которые при повреждении смежных элементов не могут локализовать повреждение;
  • — расчетные — элементы, для которых непосредственно определяются количественные показатели надежности;
  • — смежные — элементы, связанные с расчетными электрической связью.

Надежность каждого элемента сети предлагается определять двумя составляющими: собственной надежностью и надежностью элементов, связанных с ним.

Влияние смежных элементов на надежность расчетного определяется схемной удаленностью их от расчетного. Надежность расчетного элемента определяется по формуле

оу, — параметр потока отказов расчетного элемента;

«1, яг* •••* «я “ условная вероятность отказа активного элемента при отключении поврежденного участка сети, 1 > а„ >0;

ас*о» а>с*ь —» Юеия ” параметры потока отказов смежных элементов.

Физический смысл выражения (10.24) состоит в том, что отказ смежного элемента, не отделенного от расчетного выключателем, приводит к отказу расчетного элемента. При отказе смежного элемента, отделенного от расчетного одним выключателем, отказ расчетного элемента произойдет при условии отказа выключателя, что в формуле (10.24) учитывается условной вероятностью ). Однако, учитывая реальные значения условных вероятностей отказов для различных типов выключателей (сос/, = 0,02), очевидно, что учет слагаемого а • а2 ? ®см2 (смежный элемент за вторым выключателем) уже практически не даст существенного уточнения результата (а 2 = 0,0004). Поэтому в расчетной схеме замещения целесообразно учитывать только те элементы, которые находятся не далее чем за одним активным от расчетного.

На основании однолинейной схемы подстанции и в соответствии с принятой классификацией элементов составляется схема замещения. Опираясь на схему замещения, составляем три матрицы.

1. Матрица связей S. Прямоугольная матрица порядка М х /V, где М — количество расчетных элементов, N

общее количество элементов. Элемент матрицы Sy может иметь три значения.

2. Матрица времени восстановления Т. Матрица того же порядка, что и матрица S. В нее заносятся значения времени восстановления элементов ty.

tg — среднее время восстановления смежного элемента сети;

t — среднее время производства оперативных переключений, необходимых для локализации повреждения.

3. Матрица параметров потока отказов ?2. Квадратная матрица порядка N * N, в которую по главной диагонали заносятся значения параметра потока отказов всех элементов, включенных в схему замещения. Остальные ее элементы — нули.

Наличие этих матриц позволяет путем несложных преобразований получить показатели надежности для расчетных элементов. Умножая матрицу Т на матрицу ?2, получим промежуточную прямоугольную матрицу порядка Af х N, элементы которой равны коэффициентам вынужденного простоя расчетных элементов при отказах элементов сети.

Умножая матрицу S на транспонированную матрицу К 1 , получим результирующую матрицу коэффициентов вынужденного простоя С.

Матрица С — квадратная матрица порядка А/ х А/, в которой элементы, расположенные на главной диагонали — вероятности отказа (коэффициенты вынужденного простоя) расчетных элементов в течение года; остальные элементы — вероятности отказа, определяемые влиянием элементов, смежных с расчетными, на надежность расчетных элементов. Операция умножения на коэффициент 1/8760 соответствует приведению коэффициентов вынужденного простоя расчетных элементов к промежутку времени, равному одному году.

Отметим, что представление результатов расчета в вероятностной форме (вероятность отказа) часто не дает полной информации о фактической надежности элемента. При малых вероятностях отказа время восстановления может быть значительным, и тогда проектируемая схема не будет удовлетворять требованиям по бесперебойности и другим показателям надежности электроснабжения. Поэтому в задачах реального проектирования и эксплуатации предлагается использовать комплексный показатель надежности — коэффициент вынужденного простоя, который в количественной форме наиболее наглядно отражает надежность схемы.

Пример. В связи со значительным моральным и физическим износом оборудования, а также предполагаемым в перспективе 5—10 лет вводом в эксплуатацию новых энергообъектов, необходима реконструкция главной схемы действующей подстанции 220 кВ — ПС-1. В настоящее время от нее отходят 5 ВЛ напряжением 220 кВ (рис. 10.12, 10.13).

Принимаем к рассмотрению два варианта схемы: 1. ОРУ 220 кВ по схеме «две рабочие системы шин» (2РСШ) (см. рис. 10.12), 2. ОРУ 220 кВ по схеме «одна рабочая, секционированная выключателем, система шин» (1РСШ) (см. рис. 10.13).

Данная подстанция — узловая, обеспечивает выдачу мощности ТЭЦ-2 и ГЭС-1. На основании расчетов в аварийных режимах не допускается разрыв транзитов по линиям 220 кВ ГЭС-1 — ПС-1 и ПС-1 — ТЭЦ-2. Иначе говоря, отключение этих линий допустимо только на время оперативных переключений. При этих условиях необходимо применить схему 2РСШ. Эта схема, на первый взгляд, действительно удовлетворяет требованиям надежности, т.е. при отключении одной из систем шин все присоединения в кратчайшее время могут быть переведены на другую систему шин.

Однако технические требования к подстанциям 330-750 кВ нового поколения рекомендуют: «Электрические схемы ПС всех напряжений должны быть обоснованно упрошены с учетом применения высоконадежного оборудования. Для РУ 220 кВ и ниже в основном следует применять одинарные секционированные системы шин*. Поскольку однозначный выбор схемы данной подстанции на основании указанных действующих документов сделать нельзя, возникает вопрос, насколько выше будет вероятность разрыва расчетного транзита при погашении секции шин в схеме 1РСШ по сравнению со схемой 2РСШ.

Показатели надежности трансформаторов, линий и сборных шин приняты но литературным данным (табл. 10.8). Параметр потока отказов для сборных шин учитывает отказы сборных шин (наброс посторонних предметов, разрушение опорной или подвесной изоляции) и отказы при операциях с разъединителями (поломка колонок изоляторов). Показатели надежности элегазовых выключателей усреднены на основании каталожных данных различных производителей.

Рис. 10.12. Вариант 1 присоединения ПС-1 к энергосистеме по схеме 2РСШ

Каждый электрик должен знать:  Магистральные схемы электроснабжения в сетях до 1000 В
Добавить комментарий