close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2781. Надежность и техническое обслуживание электроэнергетических систем в сельском хозяйстве

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Т.Н. Васильева
Надежность и техническое
обслуживание электроэнергетических
систем в сельском хозяйстве
Рязань,2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.А.КОСТЫЧЕВА»
Т.Н. Васильева
Надежность и техническое
обслуживание электроэнергетических
систем в сельском хозяйстве
Рязань – 2013 г.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
УДК 621.31 (075.8)
ББК 40.76я73
В191
Рецензент:
А.С.Красников - доктор технических наук, профессор кафедры «Общей,
теоретической физики и методики преподавания физики» Рязанского государственного университета имени С.А.Есенина
Васильева Т.Н.
В191 Надежность и техническое обслуживание электроэнергетических систем в сельском хозяйстве. Рязань, 2013. – 195с., ил.
ISBN 978-5-98660-138-0
Рассмотрены задачи надежности и технического обслуживания энергосистем в сельском хозяйстве, основные термины и определения теории
надежности, элементы математических методов планирования, обработки и
анализа результатов эксперимента, надежность и технико-экономическое
обоснование ее повышения для систем электроснабжения и электрооборудования.
Рекомендуется для студентов вузов по направлению подготовки «Агроинженерия», «Электроэнергетика и электротехника», магистерской программе «Электроснабжение», а также для специалистов, занимающихся эксплуатацией, наладкой электроустановок и электротехнического оборудования.
Монография издается в авторской редакции.
УДК 621.31 (075.8)
ISBN 978-5-98660-138-0
ББК 40.76я73
Издательство «ФГБОУ ВПО РГАТУ», 2013
Т.Н.Васильева, 2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4
ВВЕДЕНИЕ
С развитием электрификации возникли проблемы обеспечения надежной передачи электроэнергии. Для бесперебойного снабжения электроэнергией потребителей используют параллельную работу электрических машин
и трансформаторов, создают резерв на электростанциях, объединяют высоковольтные линии электропередачи в единую систему и проводят другие мероприятия.
Надежность является важнейшим технико-экономическим показателем
любого технического устройства и отображается качественными характеристиками, такими как прочность, безотказность в работе в течение срока эксплуатации при различных внешних ситуациях.
Надежность электрической машины, как сложного устройства, определяется надежностью работы ее основных частей - магнитной системы, обмоток статора и ротора, подшипников, коллектора. Отказ любой из этих частей
приводит к отказу в работе машины.
Отказы электрооборудования, перерывы в электроснабжении рабочих
машин наносят значительный материальный ущерб производству, бытовым и
коммунальным потребителям, могут создать опасность для жизни людей.
Надежность системы электроснабжения зависит от слаженности и качества работы его элементов. Вопросы надежности первоначально исследовались в области механического оборудования. При проектировании машин
закладывался некоторый запас прочности в отдельные детали. Этим создавалась необходимая гарантия надежности и долговечности работы, [1].
В 1940-х годах двадцатого века в ядерной, космической и электронной
промышленности были сделаны первые попытки систематического изучения
надежности. В эти же годы проводились исследования по надежности электроэнергетических систем, посвященные резервной мощности генераторов,
[2,3]. Одновременно начали проводиться исследования и по надежности системы передачи и распределения электрической энергии. Проблема надежно-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
сти решалась резервированием высоких запасов прочности оборудования.
Интуитивный и эмпирический подходы к повышению надежности оборудования дополнялись новыми методами, при которых определение, оценка и
расчеты надежности базируются на теории вероятностей и методах математической статистики, [1].
С начала 60-х годов наметилась тенденция прогнозирования надежности электрических установок на стадиях планирования, проектирования и
эксплуатации с выбором рациональных решений, соответствующих нормативам, [3]. В 70-е годы делаются попытки прогнозировать надежность электроустановок, определяются гарантированные ее показатели на основе данных
эксплуатации, исследуется надежность электрооборудования на стадиях изготовления.
Теория надежности электрооборудования и электрических систем не
может претендовать на законченность. Многие вопросы этой теории применительно к системам электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
еще недостаточно разработаны и нуждаются в соответствующем уточнении.
Опубликованные статистические данные об уровне надежности различных
типов эксплуатируемого электрооборудования являются неполными, недостаточно отражающими фактическое состояние проблемы, особенно на фоне
совершенствования конструкций оборудования, появления новых материалов, изменения климата, и т.д. Теория надежности систем электроснабжения
охватывает широкий круг вопросов, отражающих проектирование, технологию производства и эксплуатацию этих систем.
Сельские потребители разбросаны на большой территории. Электроэнергетическая система сельского хозяйства Росси в 2010 году имела линии
электропередачи напряжением 0,38…110 кВ общей протяженностью 2,3 млн.
км. Из них линии электрические линии напряжением 35…110 кВ составляют
290 тыс км, напряжением 6-10 кВ – 1184 тыс. км. Линии электропередачи
напряжением 0,38 кВ составляют 826 тыс. км, [4,5].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
Сельские сети включают около 500 тыс.трансформаторных пунктов
напряжением 35…6/0,4 кВ. Они
характеризуются
малой плотностью
нагрузки - около 2…20 кВт/км2 и исполнены в основном в виде воздушных
линий с использованием алюминиевых или сталеалюминиевых проводов,
имеющих невысокую прочность. Протяженность отходящих линий напряжением 6…10 кВ может достигать 50…70 км, что резко снижает их надежность.
Удельные стоимости сельских распределительных электрических сетей
на 1 кВт передаваемой мощности значительно выше, чем в промышленном и
городском электроснабжении, а обеспечение надежности электроснабжения
при этом требует повышенного внимания. Обусловлено это тем, что до 1990
года в сельскохозяйственном производстве электрифицированы были лишь
отдельные его процессы и эффект от электрификации заключался в облегчении труда работающих, [6]. При нарушениях в электроснабжении эти процессы выполнялись вручную с небольшим материальным ущербом для производства.
По мере внедрения комплексной электрификации сельскохозяйственного производства существенно сократилась численность обслуживающего
персонала и возросла производительность труда. В этих условиях перебои в
электроснабжении стали сказываться в большей мере, так как при остановке
электрифицированного процесса оказалось сложнее привлечь дополнительную рабочую силу.
Качественные изменения современных предприятий по выработке сельскохозяйственных продуктов, усложнение технологических процессов, увеличение энерговооруженности предъявляют повышенные требования к
электроснабжению. Прекращение электроснабжения их нарушает технологический процесс и влечет значительный материальный ущерб. Кроме этого,
серьезные неудобства испытывает сельское население. Поэтому обеспечение
надежного электроснабжения сельскохозяйственных районов является важной задачей электрификации и фактором формирования распределительной
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7
электрической системы потребителей, в том числе и потребителей сельского
хозяйства, [2].
Целью монографии «Надежность и техническое обслуживание электроэнергетических систем в сельском хозяйстве» является ознакомление
специалистов, проектирующих, производящих и эксплуатирующих электрооборудование и системы электроснабжения, с вопросами теории надежности
в их конкретном приложении к этим системам, с методами и средствами повышения качества и надежности электроснабжения.
В предлагаемом учебном пособии систематизировано изложение методов расчета надежности электрооборудования и систем электроснабжения с
учетом специфики сельского хозяйства, что представляет серьезный интерес
для преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений,
подготавливает читателя к самостоятельному изучению обширной литературы по теории надежности электроснабжения, к творческому использованию
нормативных материалов в этой области. Дисциплина «Надежность электрооборудования и систем электроснабжения» включена в рабочие программы
по направлению подготовки бакалавров 110800.62 «Агроинженерия» профиль «Электрооборудование и электротехнологии», бакалавров 140400.62
«Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электроснабжение», а
также в направление подготовки магистров 110800.68 по программе «Электроснабжение».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ
НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1. Термины и определения
Для того чтобы оценить надежность электроснабжения потребителей и
разработать мероприятия по уменьшению воздействия перерывов в подаче
электроэнергии, необходимо знать основные термины и определения надежности, а также ее количественные показатели.
Анализом, исследованием, изучением закономерностей возникновения
отказов технических устройств занимается теория надежности. Эта наука базируется на теории вероятностей и методах математической статистики.
Общие понятия и термины, используемые в теории надежности, сформулированы в ГОСТ Р 53480-2009 “Надежность в технике. Термины и определения”, [8].
Некоторые из терминов и определений, наиболее часто используемых
при анализе надежности электрооборудования и систем электроснабжения,
для удобства восприятия сведены в таблицу (таблица 1). Термины и определения располагаются в систематизированном порядке. Для каждого понятия
установлен один систематизированный термин. В таблице приводятся
наименование термина, его сущность и иноязычный эквивалент на английском языке.
Таблица 1
Термины и определения надежности электрооборудования и систем
электроснабжения
№
п/п
Термин
Иноязычный
Сущность понятия
эквивалент
(английский
язык)
1
Надежность электро- dependability
Свойство готовности системы и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9
оборудования и (или)
влияющие
системы
безотказности и ремонтопри-
электро-
снабжения
на него свойства
годности, и поддержка технического обслуживания.
Термин используется только для
общего неколичественного описания надежности.
1. Общие понятия
2
Изделие
item, entity
Любая функциональная единица, которую можно рассматривать в отдельности.
Примерами
изделий
могут
быть система, подсистема, оборудование, устройство, аппаратура, узел, деталь, элемент. Оно
может состоять из технических
средств, программного обеспечения или их сочетания и может
также в частных случаях включать людей.
При рассмотрении вопросов
электроснабжения под изделием
может пониматься электрооборудование, его элементы, система электроснабжения, элементы и система релейной защиты, телемеханики, грозозащиты и т.д.
Группа изделий может рассматриваться как самостоятельное
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
изделие.
3
Составная часть из- sub-item
Рассматриваемая его часть.
делия
Она может рассматриваться и
как самостоятельное изделие.
4
Восстанавливаемое
repairable item Электрооборудование и (или)
изделие
система электроснабжения, которые при данных условиях после отказа может быть возвращено в состояние, в котором
оно может выполнять требуемую функцию.
5
Невосстанавливаемое non-repairable
Электрооборудование и (или)
изделие
система электроснабжения, ко-
item
торые при данных условиях после отказа не может быть возвращено в состояние, в котором
оно способно выполнить требуемую функцию.
Электрооборудование и (или)
система электроснабжения восстанавливаемые
при
одних
условиях может быть невосстанавливаемым при других условиях.
6
Данные условия
the condition
Климатические,
технические
или экономические обстоятельства.
7
Услуга
service
Набор функций, предлагаемых
пользователю.
8
Требование
requirement
Потребность или ожидание, ко-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11
торое
установлено,
предполагается
обычно
или является
обязательным.
Для обозначения конкретного
вида требования могут применяться
определяющие слова,
например такие, как требование
к продукции, требование к системе качества, требование потребителя.
Установленным является такое
требование, которое определено, например, в документе. Требования могут выдвигаться различными
заинтересованными
сторонами.
9
Требуемая функция
required func- Такая функция или сочетание
tion
функций, которые рассматривают как необходимые оказания
услуги.
Она может быть установлена,
предполагаться или быть обязательной
10
Соответствие
conformity
Выполнение требования
11
Несоответствие
nonconformity Невыполнение требования
12
Дефект
defect
Невыполнение требования, связанного с предполагаемым или
установленным использованием.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
Различие между
понятиями
«дефект» и «несоответствие»
является важным, так как имеет
подтекст юридического характера, особенно связанный с вопросами ответственности за качество
продукции.
Поэтому,
термин «дефект» следует использовать чрезвычайно осторожно. Его использование потребителем может зависеть от
характера информации, такой
как: инструкция по использованию и техническому обслуживанию,
предоставляемые по-
ставщиком
13
Верификация
verification
Подтверждение
посредством
представления
объективных
свидетельств того, что требования, предназначенные для конкретного
использования
или
применения, выполнены.
Термин «верификация» используют для обозначения соответствующего
статуса.
Деятель-
ность по подтверждению требования может включать в себя
осуществление альтернативных
расчетов, сравнение спецификации на новый проект с анало-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13
гичной документацией на апробированный проект, проведение
испытаний
и
демонстраций,
анализ документов до их выпуска.
14
Модификация
modification
Процесс осуществления изменений
конструкции
изделия,
технологического процесса или
требуемой функции.
15
Деградация
degradation
Необратимые изменения, ухудшающие способность электрооборудование и систем электроснабжения выполнять требуемую функции, развивающиеся с
течением времени.
Деградация может наступить
при применении или при хранении и быть вызвана внутренними процессами и (или) воздействием окружающей среды.
16
Эффективность при- effectiveness
Способность
удовлетворять
менения
требованиям к услуге с заданными количественными характеристиками.
Эта способность зависит от сочетания возможности и готовности электрооборудования и
систем электроснабжения
17
Возможность в обла- capability
Способность электрооборудова-
сти
ния и систем электроснабжения
надежности
в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
технике
при оказании услуг удовлетворять запросам с заданными количественными
характеристи-
ками при данном внутреннем
состоянии.
Внутреннее состояние может
быть сочетанием работоспособных и неработоспособных состояний составных частей
2. Основные понятия надежности
18
Готовность электро- availability
Способность выполнить требу-
оборудования и (или)
емую функцию при данных
системы
условиях в предположении, что
электро-
снабжения
необходимые внешние ресурсы
обеспечены.
Способность зависит от сочетания безотказности, ремонтопригодности и поддержки технического обслуживания. Необходимые внешние ресурсы не влияют на свойство готовности.
19
Безотказность
reliability
Способность электрооборудования и системы электроснабжения
выполнить
требуемую
функцию в заданном интервале
времени при данных условиях.
Предполагается, что в начале
интервала времени электрооборудование и система электро-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15
снабжения в состоянии выполнить требуемую функцию.
20
Ремонтопригодность
maintainability
Способность электрооборудования или системы электроснабжения при данных
условиях
использования и технического
обслуживания к поддержанию
или восстановлению состояния,
в котором оно может выполнить
требуемую функцию.
21
Долговечность
durability
Способность электрооборудования и систем электроснабжения
выполнять требуемую функцию
до достижения предельного состояния при данных условиях
использования и технического
обслуживания.
22
Комплексное матери- integrated
ально-техническое
logistik
обеспечение
port; ILS
Процесс
скоординированного
sup- управления
по
обеспечению
всех материалов и ресурсов,
требуемых
для
эксплуатации
изделия электрооборудования и
(или) системы электроснабжения
23
Сохраняемость
storability
Способность электрооборудования и (или) системы выполнять
требуемую функцию в течение
и после хранения и (или) транспортирования.
3. Понятия, относящиеся к состояниям и временам
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
24
Работоспособное со- up state
Состояние электрооборудования
стояние
и (или) системы электроснабжения, при котором оно способно
выполнить требуемую функцию
при условии, что предоставлены
необходимые внешние ресурсы.
При этом электрооборудование
и
система электроснабжения
может находиться в работоспособном состоянии для некоторых функций и неработоспособном состоянии для других
функций
25
Продолжительность
up time
Интервал времени, в течение
работоспособного
которого электрооборудование
состояния
и
система электроснабжения
находится в работоспособном
состоянии
26
Накопленная
должительность
27
про- accumulated
ра- up time
Сумма отдельных продолжительностей
работоспособного
ботоспособного со-
состояния в пределах заданного
стояния
интервала времени
Состояние функцио- operating state Состояние выполнения электронирования
оборудованием или системой
электроснабжения
требуемой
функции
28
Наработка
operating time
Интервал времени, в течение
которого электрооборудование
и (или) система электроснабжения
находится
в состоянии
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17
функционирования.
Наработка может быть непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километрах и т.п.) и дискретной величиной (число циклов, срабатываний, запусков и т.п.)
29
Требуемое время
required time
Интервал времени, в течение
которого потребитель требует,
чтобы электрооборудование и
(или) система электроснабжения
находилось в работоспособном
состоянии
30
Состояние готовно- standby state
Состояние нефункционирования
сти
электрооборудования и (или)
систем электроснабжения в требуемое время
31
Время готовности
standby time
Интервал времени, в течение
которого электрооборудование
и (или) система электроснабжения находится в состоянии готовности
32
Свободное состояние idle state
Работоспособное состояние нефункционирования электрооборудования и систем электроснабжения в не требуемое время
33
Свободное время
idle time
Интервал времени, в течение
которого существует свободное
состояние
34
Занятое состояние
busy state
Состояние электрооборудования
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
и (или) системы электроснабжения, при котором оно выполняет
требуемую функцию для потребителей и по этой причине недоступно для других потребителей
35
Дежурное время
enabled time
Интервал времени, в течение
которого существует дежурное
состояние
36
Неработоспособное
disabled state
состояние
Состояние
электрооборудова-
ния и (или) систем электроснабжения, при котором оно неспособно выполнить требуемую
функцию по любой причине
37
38
Продолжительность
disabled time
Интервал времени, в течение
неработоспособного
которого существует неработо-
состояния
способное состояние
Дежурное состояние
enabled state
Состояние электрооборудования
и (или) систем электроснабжения быть способным выполнить
требуемую функцию по запросу
39
Предельное
состоя- limiting state
ние
Состояние электрооборудования
и (или) систем электроснабжения, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима
или нецелесообразна по причинам опасности, экономическим
или экологическим
40
Критерий предельно- limiting
state Признаки пр5едельного состоя-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
19
го состояния
ния, по которым принимают
criterion
решение о его наступлении
41
Критическое состоя- critical state
Состояние электрооборудования
ние
и (или) системы электроснабжения, которое может привести к
тяжелым последствиям: травмированию людей, значительному материальному ущербу
или неприемлемым экологическим последствиям
4. Понятия, относящиеся к отказам
42
Отказ
failure
Потеря способности электрооборудования и (или) системы
электроснабжения
выполнить
требуемую функцию.
Отказ является событием, которое приводит к состоянию неисправности
43
Ошибка
error
Несоответствие между вычисленным, наблюдаемым или измеренным значением или состоянием и истинным, заданным
или теоретически правильным
значением или состоянием
44
Критерий отказа
failure
on
criteri- Заранее оговоренные признаки
нарушения
работоспособного
состояния, по которым принимают решение о факте наступления отказа
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
45
Полный отказ
complete fail- Отказ, характеризующийся поure
терей способности электрооборудования и (или) систем электроснабжения выполнять все
требуемые функции
46
Частичный отказ
partial failure
Отказ, характеризующийся потерей способности электрооборудования и (или) систем электроснабжения выполнять некоторые, не все требуемые функции. Частичный отказ является
событием, которое приводит к
состоянию частичной неисправности
47
Независимый отказ
primary failure Отказ, не вызванный прямо или
косвенно другим отказом или
неисправностью
48
Зависимый отказ
secondary
Отказ, вызванный прямо или
failure
косвенно другим отказом или
неисправностью
49
Последствия отказа
failure effect
Важность, значимость отказа в
пределах или не в пределах
электрооборудования и (или)
системы электроснабжения
50
Систематический от- systematic
Отказ, однозначно вызванный
каз
определенной причиной, кото-
failure
рая может быть устранена только модификацией проекта или
производственного
процесса,
правил эксплуатации и доку-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
21
ментации. Систематический отказ может быть воспроизведен
путем преднамеренного создания тех же самых условий,
например, с целью определения
причины отказа. Такой отказ
является результатом систематической неисправности.
51
Причина отказа
failure cause
Обстоятельства в ходе разработки, производства или использования, которые привели к
отказу
52
Механизм отказа
failure mecha- Физический или химический
процесс, который приводит к
nism
отказу
53
Ошибка человека
human error
Действие человека, приведшее к
непреднамеренному результату.
54
Отказ вследствие из- wearout
нашивания
fail- Отказ, вероятность возникнове-
ure
ния которого возрастает с течением времени из-за накапливаемых
ухудшений,
вызванных
прилагаемыми при использовании
нагрузками
55
Отказ вследствие ста- ageing failure
Отказ, вероятность возникнове-
рения
ния которого увеличивается изза накапливающихся ухудшений
с течением календарного времени
56
Отказы
причине
по
общей common cause Отказы различных электрооборуfailures
дования, системы электроснаб-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22
жения или их составных частей,
происходящие из-за одного события, если эти отказы не являются следствиями друг друга
57
Отказы общего вида
common mode Отказы различных изделий или
их составных частей характери-
failures
зующиеся одним и тем же видом отказа.
Они могут
иметь различные
причины, а также быть отказами
по общей причине
58
Проявление
скрытой manifestation
неисправности
of
a
latent существование скрытой неисправности
fault
59
60
Критичность отказа
Критический отказ
Отказ, который указывает на
failure
criti- Оценка возможной степени тя-
cality
жести последствий отказа
critical failure
Отказ, который может привести
к тяжелым последствиям, а
именно: травмированию людей,
значительному материальному
ущербу или неприемлемым экологическим последствиям
61
Повреждение
damage
Приемлемая для пользователя
неполная способность электрооборудования и (или) системы
электроснабжения
выполнить
требуемую функцию
5. Понятия, относящиеся к неисправностям
62
Неисправность
fault
Состояние электрооборудования
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
23
и (или) системы электроснабжения, характеризующееся неспособностью выполнить требуемую функцию, исключая такую
неспособность во время профилактического технического обслуживания или других запланированных действий или из-за
нехватки внешних ресурсов
63
Стабильная
неисправ- permanent
ность
fault
Неисправность, которая может
быть устранена только с помощью корректирующего технического обслуживания
64
Нестабильная
неис- transient fault
правность
Неисправность, проявление которой исчезает без вмешательства
65
66
Перемежающаяся не- intermittent
Нестабильная
исправность
проявляющаяся неоднократно
Неявная
fault
неисправ- dormant fault
ность
неисправность,
Неисправность, которая вызывает ошибку при специфических
условиях. Она является скрытой
до первого проявления
67
Скрытая неисправность latent fault
Существующая, но еще невыделенная неисправность.
Скрытая неисправность в конечной счете может выть обнаружена диагностическими методами или при отказе
68
Систематическая не- systematic
Неисправность, которая регу-
исправность
лярно проявляется при возник-
fault
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
24
новении определенных обстоятельств
69
Конструкционная
не- design fault
исправность
Неисправность из-за несовершенства разработки электрооборудования
и (или) системы
электроснабжения
70
Производственная
manufacturing
Неисправность из-за неадекват-
неисправность
fault
ного изготовления электрооборудования
71
Частичная
неисправ- partial fault
ность
Состояние электрооборудования и
(или) системы электроснабжения,
характеризующееся
неспо-
собностью выполнить некоторые, не все требуемые функции.
Частичная неисправность электрооборудования
и
системы
электроснабжения может быть
результатом
неисправностей
составных частей на низких
уровнях разукрупнения
6. Термины, характеризующие безотказность, долговечность и
сохраняемость
72
Наработка до отказа
operating time Наработка, накопленная от перto failure
вого использования электрооборудования
и (или) системы
электроснабжения или от его
восстановления до отказа
73
Наработка до первого operating time Наработка, накопленная от перотказа
to first failure
вого использования электрооборудования
и (или) системы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
25
электроснабжения до его отказа.
Наработка до первого отказа
является частным случаем наработки до отказа
74
Время между отказами
time
between Интервал времени между дву-
failures
мя последовательными отказами восстанавливаемого электрооборудования и (или) системы электроснабжения.
Время между отказами включает продолжительность работоcпocoбнoгo состояния электрооборудования и (или) системы
электроснабжения и продолжительность его или ее неработоспособного состоянии
75
Наработка между от- operating time Суммарная наработка восстанавказами
between
ures
fail- ливаемого электрооборудования и
(или)
системы электроснабжения
между двумя последовательными отказами
76
Время до восстанов- time to resto- Интервал времени от момента
ления
ration, time to отказа
recovery
(или)
электрооборудования
и
системы электроснабжения
до момента его или ее восстановления.
Когда момент отказа не определен, то предполагают, что интервал времени начинается после обнаружения отказа
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
26
77
Срок службы
useful life
Продолжительность эксплуатации электрооборудования и (или)
системы электроснабжения или ее
возобновления после капитального ремонта до наступления
предельного состояния
78
Средний срок службы mean
life
79
Период приработки
early
period
useful Математическое ожидание срока службы
failure Начальный период в жизни
электрооборудования и (или)
систем электроснабжения, если
он существует, в течение которого параметр потока отказов
восстанавливаемого
электро-
оборудования и (или) системы
электроснабжения или интенсивность отказов невосстанавливаемого электрооборудования и
(или)
систем
электроснабжения
уменьшаются со временем до относительно постоянного значения
80
Период постоянного constant failure Период
в
жизни
восстанав-
параметра потока от- intensity period ливаемого электрооборудования и
казов
(или) системы электроснабжения,
если он существует, в течение которого его параметр потока отказов является приблизительно
постоянным
81
Период
постоянной constant
fail- Период в жизни невосстанавлива-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
27
интенсивности отка- ure rate period
емого электрооборудования, ес-
зов
ли он существует, во время которого его интенсивность отказов
является приблизительно постоянной
82
Период
износовых wearout
отказов
fail- Период в жизни электрооборудования, если он существует, в
ure period
течение которого параметр потока отказов восстанавливаемого
электрооборудования или интенсивность отказов не восстанавливаемого
оборудования
увеличиваются со временем
83
Средняя наработка до mean
первого отказа
ing
operat- Математическое
time
first
ожидание
to наработки до первого отказа
failure,
MTTFF
84
Средняя наработка до mean
отказа
ing
operat- Математическое
time
ожидание
to наработки до отказа
failure; MTTF
85
Средняя
наработка mean
между отказами
operat- Математическое
ожидание
ing time be- наработки между отказами
tween failures;
MTBF
86
Ресурс
operating life
Суммарная наработка электрооборудования и (или) системы
электроснабжения
в течение
срока службы
87
Средний ресурс
mean
ing life
operat- Математическое ожидание ресурса
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
28
88
Срок сохраняемости
storability time
Календарная
тельность
продолжихранения
изде-
лия, в течение и после которой изделие способно выпол-
нять требуемую функцию
89
Средний срок сохра- mean
Математическое ожидание сро-
няемости
ка сохраняемости
storability time
7. Понятия, относящиеся к техническому обслуживанию и его поддержке
90
Техническое
обслу- maintenance
живание
Совокупность всех технических
и организационных действий,
направленных на поддержание
или возвращение электрооборудования и систем электроснабжения
в работоспособное состояние
91
Стратегия
техниче- maintenance
ского обслуживания
policy
Общий подход к: обеспечению
технического обслуживания и
его поддержки, основанный на
целях и политике
владельцев,
пользователей и клиентов
92
Концепция
техниче- maintenance
ского обслуживания
concept
Описание
взаимосвязей
между
|эшелонами технического обслуживания, уровнями разукрупнения и уровнями технического обслуживания
для последующего
проведения технического обслуживания электрооборудования и
системы электроснабжения
93
План технического об- maintenance
Документально
служивания
набор задач, методов, ресурсов и
plan
оформленный
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
29
технических средств, которые
будут использоваться в определенном порядке при проведении
технического
обслуживания
конкретного электрооборудования и системы электроснабжения
94
График технического maintenance
Документ, устанавливающий рас-
обслуживания
писание во времени порядка вы-
schedule
полнения работ профилактического технического обслуживания.
Временной порядок может быть
определен как соответствующее
электрооборудованию и (или)
системы электроснабжения и его
эксплуатационному состоянию
расписание работ в календарном
времени, времени при хранении,
рабочем времени, циклах или
расстоянии
95
Уровень техническо- maintenance
Набор операций технического
го обслуживания
обслуживания, подлежащих вы-
level
полнению
на
определенном
уровне разукрупнения.
96
Профилактическое
техническое
живание
preventive
обслу- maintenancе
Техническое обслуживание, выполняемое с целью уменьшения
вероятности отказа или компенсации снижения работоспособного состояния и проводимое до
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30
наступления отказа через заранее установленные интервалы
использования
или хранения
или по предписанным критериям оценки состояния электрооборудования
или
системы
электроснабжения
97
Техническое
обслу- condition
живание по состоя- based
нию
Профилактическое техническое
mainte- обслуживание, основанное на
оценке результатов мониторин-
nance
га физических параметров.
Мониторинг параметров может
быть непрерывным, по расписанию или по запросу
98
Техническое
обслу- reliability cen- Систематизированный
живание, ориентиро- tred
mainte- определяющий
метод,
соответствую-
ванное на безотказ- nance; RCM
щие задачи и частоту повторе-
ность
ния операций технического обслуживания, в основу которого
положены вероятности и последствия отказов
99
Задания технического maintenance
Последовательность элементар-
обслуживания
ных операций технического об-
task
служивания, проводимого с заданной целью.
Примерами могут быть локализация неисправности, диагностирование
неисправности,
устранение неисправности, проверка функционирования
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
31
100 Плановое
техниче- scheduled
ское обслуживание
maintenance
Техническое обслуживание, выполняемое в соответствии с
установленным расписанием
101 Ремонт
Часть корректирующего техни-
repair
ческого обслуживания, включающая непосредственные действия, выполняемые на электрооборудовании
или
системы
электроснабжения.
Ремонт включает локализацию
неисправности, диагностирование неисправности, устранение
неисправности
и
проверку
функционирования
102 Обнаружение
неис- fault detection
правности
Событие, при котором наличие
неисправности становится очевидным
103 Локализация
неис- fault
правности
localiza- Действия,
направленные
на
идентификацию неисправностей
tion
составной части или нескольких
составных частей не соответствующем уровне разукрупнения
104
Диагностирование
fault diagnosis
неисправности
Действия, проводимые с целью
установления
наличия
неис-
правности, локализация неисправности и определения причин ее появления
105
Устранение
правности
неис- fault
correc- Действия, проводимые после
tion
диагностирования неисправно-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
32
сти для восстановления работоспособного состояния электрооборудования и системы электроснабжения
106
Проверка
функцио- function
нирования
Действия, проводимые
после
устранения неисправности для
checkout
подтверждения работоспособного состояния электрооборудования и системы электроснабжения
107
Восстановление
recovery, res- Событие, при котором после
неисправности наступает рабо-
toration
тоспособное состояние электрооборудования и системы электроснабжения
108
Контроль состояния
condition
Операции, выполняемые авто-
monitoring
матически или вручную с целью
определения и квалификации
состояния электрооборудования
и системы электроснабжения.
Контроль состояния используют
для установления потребности
в техническом обслуживании
8. Величины ремонтопригодности и поддержки
технического обслуживания
109
Вероятность выполне- maintainability
ния технического об- (measure)
служивания
(t1 , t2)
Вероятность выполнения задания
М технического
обслуживания
электрооборудования и системы
электроснабжения,
эксплуати-
руемого в данных условиях в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
33
установленный интервал времени (t1 , t2) с применением штатных методов и средств
110
Продолжительность
maintenance
Время технического обслужи-
технического обслу- time
вания, включая время выполне-
живания
ния необходимых действий. а
также любые технические задержки, включая материальнотехническое обеспечение, кроме
административных задержек и
времени
обнаружения
неис-
правности.
В неко то р ы х случаях техническое
обслуживание
может
выполняться при функционировании электрооборудования и
системы электроснабжения
111
Трудоемкость техниче- maintenance
Суммарные продолжительности
ского обслуживания
man-hours;
индивидуальных времен техни-
MMH
ческого обслуживания, выраженные в часах, затраченные
всем персоналом при выполнении действий технического обслуживания
112
Продолжительность
preventive
Часть продолжительности тех-
профилактического
maintenance
нического обслуживания, по-
технического
живания
обслу- time
траченная на выполнение профилактического
технического
обслуживания, включая технические и логистические задерж-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
34
ки
113
Время необнаруженной undetected
Интервал времени между отка-
неисправности
зом и обнаружением возникшей
fault time
из-за него неисправности
114
Время устранения не- fault
исправности
correc- Часть оперативной продолжительности
tion tirne
корректирующего
технического
обслуживания,
потраченная на устранение неисправности
115
Продолжительность
Часть оперативной продолжи-
repair time
ремонта
тельности
корректирующего
технического
обслуживания,
потраченная на ремонт
116
Средняя
продолжи- mean
тельность ремонта
117
repair Математическое ожидание про-
time; MRT
Интенсивность восста- repair
новления μ(t)
должительности ремонта
rate, Предел, если он существует, от-
instantaneous
ношения условной вероятности
repair rate
окончания
корректирующего
ремонта в интервале времени {t,
t + ∆t) к длине этого интервала
∆t, стремящейся к нулю, при
условии, что ремонт был начат
во время t = 0 и не был закончен
до времени t
118
Среднее
время
восстановления
до mean time to Математическое ожидание вреrecovery;
мени до восстановления
MTTR
119
Полнота ремонта
repair
age
cover- Доля обнаруженных неисправностей,
которые
могут
быть
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
35
успешно устранены
9. Понятия, относящиеся к испытаниям
120
Испытание
test
Определение одной или нескольких характеристик согласно установленной процедуре
121
Определительное
пытание
ис- determination
test
Испытание,
предназначенное
для установления значения характеристики
122
Контрольное
испыта- compliance
ние
test
Испытание,
предназначенное
для проверки соответствия характеристики заданным требованиям
123
Лабораторное испыта- laboratory test
Испытание, проводимое в пред-
ние
писанных и (или) регулируемых
условиях, которые могут совпадать или не совпадать с эксплуатационными условиями
124
Эксплуатационное ис- field test
Испытание,
проводимое при
пытание
пользовательских условиях эксплуатации
125
План испытаний
test plan
Совокупность правил продолжения или завершения испытаний в зависимости от суммарной
наработки
испытуемого
электрооборудования и систем
электроснабжения или от суммарного числа наблюдений и
числа отказов, произошедших к
данному моменту времени ис-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
36
пытаний
10. Понятия, относящиеся к разработке
126
Нормирование надеж- dependability
Установление количественных и
ности
качественных
specification
требований
к
надежности.
Нормирование
надежности
включает в себя выбор номенклатуры показателей надежности,
обоснование численных
значений показателей надежности электрооборудования и систем электроснабжения и его
составных частей, формулирование критериев отказов и предельных
состояний,
задание
требований к методам контроля
надежности, выработку качественных требований к конструкции электрооборудования,
техническому
обслуживанию,
действиям персонала, направленных на обеспечение надежности
127
Резервирование
redundancy
Наличие в электрооборудовании
или системе электроснабжения
больше одного средства, необходимого для выполнения требуемой функции
128
Нагруженное резерви- active
рование
dancy
redun- Резервирование, при котором
все средства, способные выпол-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
37
нять требуемую функцию, работают одновременно
129
Резервирование
заме- standby
щением
re- Резервирование, при котором
dundancy
часть средств, способных выполнять требуемую функцию,
предназначена для работы, а
остальная часть средств не работает до момента появления
необходимости в ней
130
Смешанное резервиро- diverse redun- Резервирование, обеспечиваювание
dancy
щее
выполнение
требуемой
функции несколькими различными средствами и (или) способами
131
Запас по нагрузкам
derating
Применение элементов при значениях нагрузок ниже номинальных значений в целях повышения безотказности
132
Отказобезопасность
fad safe
Свойства электрооборудования
и системы электроснабжения,
ориентированные на сохранение
безопасности в случае отказа
133
Устойчивость к неис- fault tolerance
Способность электрооборудова-
правности
ния и систем электроснабжения
продолжать функционирование
при определенных видах неисправности
11. Понятия, относящиеся к анализу
134
Прогнозирование
prediction
Вычислительный
процесс,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
38
направленный на предсказание
значений количественных характеристик
135
Модель безотказности
reliability
Математическая
модель,
ис-
model
пользуемая для прогнозирования или оценки показателей
безотказности
136
Анализ видов и послед- failure modes Качественный метод анализа,
ствий отказов
and
effects основанный на исследовании
analysis,
возможных видов отказов и не-
FMEA
исправностей составных частей
и их влияния на электрооборудование и систему электроснабжения
137
Анализ видов, послед- failure modes,. Количественный или качественствий и критичности effects and crit- ный метод анализа, основанный
отказов
icality analysis, на анализе видов и последствий
FMECA
отказов вместе с рассмотрением
вероятности возникновения видов отказов и серьезности последствий
138
Идентификация
ности
опас- hazard identi- Процесс распознавания опасноfication
стей, которые могут произойти,
определение причин и характеристик
1.2. Характеристики случайных величин
Для количественной оценки надежности электрооборудования и систем электроснабжения пользуются случайными величинами, значение
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
39
которых заранее и достоверно предугадать невозможно, [4,10]. Они подразделяются на дискретные и непрерывные. Возможные значения дискретных
величин могут быть заранее перечислены. Возможные значения непрерывных величин не могут быть заранее перечислены и непрерывно заполняют
некоторый промежуток.
Оценка случайных величин надежности электрооборудования базируется на объективных статистических данных о выходе из строя оборудования
в различных условиях эксплуатации, по которым можно было бы осуществить расчет количественных показателей надежности. При этом различают статистические наблюдения: сплошные (непрерывные) и выборочные.
Сплошное наблюдение обуславливает необходимость изучения каждого
элемента системы при значительной продолжительности наблюдений.
В основе выборочных наблюдений лежит выделение из статистической
совокупности некоторой ее части - выборочной совокупности или выборки.
Полная совокупность однотипных изделий, единиц электрооборудования,
исследуемых с целью определения некоторого признака, называется генеральной совокупностью.
Элементы совокупности можно охарактеризовать одним или несколькими признаками, значения которых изменяются при переходе от одного
элемента совокупности к другому. Признаки могут быть качественными
или количественными. Качественный признак характеризует некоторое
свойство или состояние электрооборудования системы. Количественный
признак получают в результате измерений или наблюдений.
Численная мера степени объективной возможности события характеризуется вероятностью этого события. Математически вероятность события
Р(A) вычисляется как отношение:
P ( A) 
(1)
n
N ,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
40
где
P(A) - вероятность события A;
n - число появлений события A ;
N - общее число случаев.
При многократном повторении испытаний случайная величина (продолжительность отказа, наработка на отказ и т.д.) принимает ряд дискретных
значений X1, X2, X3, ,..., Xn , которым соответствуют вероятности P1, P2, P3, ,...,
Pn. Эти несовместимые события образуют полную группу. Сумма вероятностей всех возможных значений таких случайных величин равна единице:
n
P
i
i 1
1 .
(2)
Суммарная вероятность распределена между отдельными значениями.
Случайная величина полностью описана с вероятностной точки зрения, если
задано это распределение, т.е. точно указано какой вероятностью обладает
каждое из событий. Всякое соотношение, устанавливающее связь между
возможными значениями случайной величины и соответствующими им вероятностями называется законом распределения.
Для дискретной величины закон распределения задается рядом распределения, т.е. вероятностями Pi, соответствующими каждому из возможных
значений X=xi (рис.1, кривая 1).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
41
Рис. 1. Распределение дискретной случайной величины.
Функция распределения дискретной случайной величины есть вероятность того, что случайная величина X примет значение не больше, чем заданное xi (кривая 2, рис.1), т.е.
n
P (X  x i )   Pi .
i 1
(3)
Вероятностной характеристикой непрерывной величины является вероятность того, что случайная величина примет значение, меньшее заданной
величины X
-
P{X < x}.
Зависимость вероятности P{X<x} от x называется функцией распределения непрерывной случайной величины F(x)
F(x) = P{X <x} .
(4)
Функция распределения является самой универсальной характеристикой
для всех случайных величин: дискретных и непрерывных, и полностью характеризует случайную величину с вероятностной точки зрения, т.е. является
одной из форм закона распределения. Она неубывающая функция своего аргумента (рис.2), т.е. при x2>x1 F(x2) F(x1).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
42
Рис.2 . Распределение непрерывной случайной величины.
Причем для значений x, стремящихся к минус бесконечности, функция
F( - ) = 0,
а к плюс бесконечности
F(+) = 1 .
Производная функции распределения характеризует плотность, с которой распределяются значения случайной величины в данной точке. Ее называют плотностью распределения случайной величины (иногда: плотность
вероятности, дифференциальная функция распределения или дифференциальный закон распределения)
f (x ) 
dF ( x )
dx
;
(5)
x
F (x ) 
 f ( x )dx

.
(6)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
43
Основным свойством плотности распределения является то, что она есть
неотрицательная функция от x и площадь, ограниченная кривой f(x) и осью
абсцисс, равна единице

 f ( x )dx  1

.
(7)
При большом числе наблюдений простая статистическая совокупность
оказывается неудобной из-за громоздкости и не наглядности. Поэтому, материал должен быть подвергнут дополнительной обработке.
Результаты наблюдений над непрерывной случайной величиной
x
оформляют в виде простой статистической совокупности. Разделив весь диапазон наблюденных значений n на интервалы или разряды, подсчитывают
количество значений mi, приходящихся на каждый i-й разряд. Это число делят на общее число наблюдений и находят частоту, соответствующую данному разряду:
pi * 
mi
n .
(8)
Сумма частот всех разрядов должна быть равной единице.
Разряды приведенные в порядке их расположения вдоль оси абсцисс
(убывания или возрастания) и соответствующих частот, называют статистическим рядом или вариационным рядом:
Ii
xi;x2
x2;x3
… xi;xi+1
…
xk;xk+1
Pi*
P1*
P2*
…
…
P k*
Pi*
Значения случайной величины, находящиеся в точности на границе
двух разрядов, условно можно считать принадлежащими в равной мере к
обоим разрядам и их необходимо прибавлять к числам mi того и другого разряда по 0,5.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
44
Число разрядов, на которые группируют статистический материал, не
должно быть слишком большим или слишком малым. При большом числе
разрядов ряд распределения становится невыразительным и частоты в нем
обнаруживают незакономерные колебания. При малом числе разрядов сво йства распределения описываются статистическим рядом слишком грубо.
Практика показывает, что в большинстве случаев рационально выбирать от 7
до 15 разрядов. Чем богаче и однороднее статистический материал, тем
большее число разрядов можно выбирать при составлении статистическо го
ряда. Длины разрядов могут быть одинаковыми или различными. При
оформлении данных о случайных величинах, распределенных крайне неравномерно, иногда бывает удобно выбирать в области наибольшей плотности
распределения разряды более узкие, чем в области малой плотности.
Упорядоченный статистический ряд в порядке возрастания и весь диапазон их изменения подразделяют на несколько интервалов. В зависимости
от количества данных в выборке ( от количества опытов n ) количество интервалов r равно, [9] :
n .......... 20
30
r .......... 6
7
50
8
100
10
500
13
1000
15
10000
20
Длина интервала
t 
t n  t1
r ,
(9)
где t1 и tn - соответственно наименьшее и наибольшее значение случайной величины в упорядоченном вариационном ряду, [4,9].
Значение t обычно округляют до ближайшего числа, имеющего однудве значащие цифры.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
45
Статистический ряд, оформленный графически, называется гистограммой. Она строится следующим образом. По оси абсцисс откладываются разряды, и на каждом из разрядов как их основании строится прямоугольник,
площадь которого равна частоте данного разряда. Затем нужно частоту каждого разряда разделить на его длину и полученное число взять в качестве высоты прямоугольника. При равных по длине разрядах высоты прямоугольников пропорциональны соответствующим частотам.
Пример: «Результаты испытаний на надежность 150 реле тока». Реле являются невосстанавливаемыми для рассматриваемых условий эксплуатаций.
Наработки на отказ каждого реле распределены между 250 и 520 часов. По
гистограмме определяется закон распределения отказов. Число интервалов
r=11. Рассчитывается длина интервалов по формуле (9):
t 
520  250
 24.5  25 ч.
11
Строится таблица статистического ряда. В графу 1 заносится длина интервала, в графу 2 - распределение отказов по интервалам. В графу 3 значения частоты, поделенной на длину интервала, т.е.
Pi *
mi

t i n  t i .
На основании данных расчета (таблица 2) строят гистограмму плотности распределения отказов реле (рис.3).
Таблица 2
Данные к построению гистограммы отказов
ti
245-270
270-295
mi
Pi*/ti
Fi
Pi
1
0,0027
0,007
0,993
0
0
0,007
0,993
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
46
295-320
6
0,0160
0,047
0,953
320-345
22
0,0587
0,192
0,808
345-370
12
0,0320
0,270
0,730
370-395
22
0,0587
0,420
0,580
395-420
17
0,0453
0,533
0,467
420-425
34
0,0907
0,753
0,247
425-470
12
0,0320
0,840
0,160
470-495
16
0,0427
0,950
0,050
495-520
8
0,0213
1,000
0,000
-
150
-
-
-
Pi*/ti
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
245 270 295 320 345 370 395 420 445 470 495 520 t,ч
Рис. 3. Гистограмма плотности распределения отказов реле.
Гистограмма распределения вероятности безотказной работы реле в соответствии с данными табл.2 (столбец Рi) представляется в виде гистограммы
рис. 4.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
47
Pi
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
245 270 295 320 345 370 395 420 445 470 495 520
t,ч
Рис. 4. Гистограмма вероятности безотказной работы реле.
Пример построения гистограммы показывает, что полная площадь ее
равна единице. При увеличении количество опытов можно выбирать более
мелкие разряды. При этом гистограмма будет приближаться к некоторой
кривой, ограничивающей площадь, равную единице. Эта кривая представляет собой график плотности распределения величины x.
По данным статистического ряда можно приближенно строить и
статистическую функцию распределения величины x. Построение точной
статистической функции распределения с несколькими сотнями скачков во
всех наблюденных значениях x слишком трудоемко и не оправдывает себя.
Для практики обычно достаточно построить статистическую функцию распределения по нескольким точкам. В качестве этих точек удобно брать границы x1, x2, ..., xn разрядов, которые фигурируют в статистическом ряде. Тогда:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
48
F x 1   0


F  x 2   p1


F  x 3   p1  p2 
..................... 

k 1

F  x k    pi

i 1

k

F  x k 1    pi  1
i 1

(10)
Полученные точки, соединенные линией, составляют приближенный
график статистической функции распределения (Рис.5).
Fi
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Fоп
Fг
245 270 295 320 345 370 395 420 445 470 495 520
t,ч
Рис. 5. График статической функции распределения
Для вероятностного описания случайных величин используют параметры законов распределения. Основными параметрами распределения случайных величин являются математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратическое отклонение, мода медиана, коэффициент вариации. Каждой числовой характеристике случайной величины X соответствует ее статистическая аналогия. Для основной характеристики положения - математического
ожидания случайной величины - такой аналогией является среднее арифметическое наблюденных значений случайной величины. Дискретная случай-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
49
ная величина X имеет возможные значения x1,x2, ..., xn c вероятностями
p1,p2,..., p n. Каждое значение xi при усреднении должно учитываться с определенным “весом”, пропорциональным вероятности этого значения.
Среднее значение случайной величины
Х , определяемое как среднее
взвешенное значение, называется математическим ожиданием.
Математическое ожидание случайной величины это также сумма произведений всех возможных значений случайной величины на вероятности
этих значений, т.е.:
n
M x  
x
i
pi
i 1
n
 pi
,
(11)
i 1
n
или учитывая, что:
p
i
1
i 1
формула (11) будет равна:
n
M x    xi pi
i 1
.
(12)
Рассеивание случайной величины оценивают дисперсией - математическое ожидание квадрата соответствующей центрированной величины, под
которой понимают отклонение случайной величины от ее математического
ожидания, т.е.:
Xо = x - M[x] .
(13)
Тогда значение дисперсии
n
D x     x i  M  x  pi
i 1
или:
2
(14)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
50
1 i k
D x     x i  X
n i1

2
 mk ,
(15)
где: n - число опытов;
k - число интервалов вариационного ряда;
xi - случайная величина;
X - cреднее значение случайной величины;
mk - число отказов в интервале .
Квадратный корень из дисперсии называется средним квадратическим
отклонением:
  x   D x 
.
(16)
Чем более разбросаны значения случайных величин (т.е. чем больше они
отличаются от математического ожидания), тем большими получаются дисперсия и среднее квадратическое отклонение.
Для непрерывных величин:
математическое ожидание
M x  

 xf x dx

;
(17)
дисперсия
D x  

 x  M  x  f x dx .

2
(18)
Среднее квадратическое отклонение для непрерывных величин определяется по зависимости, аналогичной (16).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
51
Наиболее вероятное значение дискретной случайной величины является
ее модой ( Mo ). У непрерывной случайной величины модой называют то ее
значение, при котором плотность вероятности будет максимальной.
Непрерывные случайные величины характеризуются также медианой
(Me). Медиана - это значение признака, разделяющее ранжированную совокупность на две равные по численности группы: первую, содержащую элементы со значением x < XMe , вторую - со значениями признака x > XMe , т.е.
функция:
F(XMe) = 0,5 .
Медиана
(19)
XMe = 0,5 называется  - квантилью распределения F(x). Су-
ществуют таблицы квантилей различных распределений. Значения моды и
медианы определяются формулами:
X me  X k 1 
X mo  X k 1 
0.5  F  x 
Wk
X k
f X k 1 
 X k 1  ;
f X k 1   f X k 1 
X k
 X k 1  ,
(20)
(21)
где Xk-1,...,Xk - модальный интервал, которому соответствует наибольшая
плотность относительной частоты ;
f k 1 
m k 1
n  X k 1 - плотность относительной частоты, т.е. относи-
тельное число элементов, приходящихся на единицу интервала;
n
n   m k 1 - число интервалов.
k 1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
52
Характеристикой рассеивания случайной величины является также коэффициент вариации:


X
,
(22)
где  - среднее квадратическое отклонение;
X - среднее значение случайной величины .
Для характеристики асимметрии (скошенности) распределения служит
третий центральный момент случайной величины, который для дискретных
(прерывных) величин равен:
n
 3   ( x i  M [x ]) 3 Pi
i 1
,
(23)
а для непрерывных величин:

 3   ( x i  M [x ])3 f (x )dx .

(24)
Отношение третьего центрального момента к кубу среднего квадратического отклонения называется коэффициентом асимметрии или просто
асимметрией случайной величин, [4,9]:
3
Sk  3 

(25)
Приведенные в данном параграфе зависимости в полной мере характеризуют случайные величины.
1.3. Основные показатели надежности электрооборудования
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
53
Показатели отказов для каждого типа электрооборудования, системы
электроснабжения устанавливаются нормативно-технической документацией.
Для сельскохозяйственного оборудования критериями отказов являются:
нарушение электробезопасности, невозможность управления системой технического обслуживания, отсутствие вращающего момента на валу электродвигателя после подачи напряжения, отсутствие напряжения на нагрузке,
подключенной к источнику питания, междуфазные замыкания линий электропередачи, двигателей, межвитковые замыкания двигателей, трансформаторов и т.д.
Свойства надежности электрооборудования количественно характеризуются единичными показателями надежности.
Безотказность электрооборудования характеризуется: вероятностью
безотказной работы, средней наработкой до первого отказа, средней наработкой до отказа, средней наработкой между отказами, мгновенной интенсивностью отказов, средней интенсивностью отказов, мгновенным, средним и
асимптотическим параметром потока отказов, [8].
Вероятность безотказной работы R(t1, t2) - это вероятность выполнения требуемой функции при данных условиях в интервале времени (t1, t2) .
Конкретное численное значение вероятности безотказной работы имеет
определенный смысл лишь тогда, когда оно поставлено в соответствие з аданной наработке, в течение которой возможно возникновение отказа. Вер оятность безотказной работы определяется в предположении, что в начальный
момент времени исчисления заданной наработки электрооборудование было
работоспособно.
Вероятность безотказной работы R(t1, t2) в интервале от t1,= 0 до t2 = t0
определяется по формуле:

Rt   1  F t    f t dt .
0
(26)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
54
Средняя наработка до первого отказа Т - математическое ожидание
наработки электрооборудования до первого отказа. Определяется по формуле:
N
T 
t
i
i 1
N
,
(27)
где t - наработка i-го электрооборудования из N до первого отказа.
Средняя наработка до отказа
Tдо - математическое ожидание нара-
ботки до отказа. Определяется по аналогичной формуле определения наработки до первого отказа (27).
Средняя наработка между отказами To - математическое ожидание
наработки между отказами. Оно равно отношению наработки электрооборудования между отказами к математическому ожиданию числа его отказов в
течение этой наработки:
n
To 
t
oi
i 1
n ,
(28)
где toi - наработка электрооборудования до момента его i-го отказа ;
n
- число отказов.
Гамма-процентная наработка до отказа - наработка в течение которой
отказ электрооборудования не возникает с вероятностью  , выраженной в
процентах, т.е. задается вероятность гарантии работоспособности оборудования. Расчет гамма-процентных показателей необходим для установления гарантии заводом-изготовителем по ремонту оборудования, для расчета расхода запасных частей и т.д. Если величина гамма-процентного ресурса мала
(t1), то завод-изготовитель несет небольшие расходы по гарантийному ре-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
55
монту оборудования, т.к. соответственно высок процент оборудования, не
достигшего предельного состояния. Гарантийный срок в этом случае оказ ывается малым. При назначении большего срока гарантии t2 заводизготовитель несет большие расходы по гарантийному ремонту значительной
части ( 1-2 ) единиц оборудования. Учитывая это, по известным гаммапроцентным показателям надежности сроки гарантии обосновываются технико-экономичкеским расчетом.
Гамма-процентные показатели надежности для различных законов определяются по соответствующим формулам:
- для экспоненциального закона:
t  t  0.01 ln  ;
- для закона Вейбулла:
t 
t
kb
b
0.01  ln 
- для нормального закона при N  50 :
t  t  k   .
при N>50 :
- для логарифмически нормального закона:
ln t  ln t  u  ,
где  - регламентированная вероятность;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
56
k - коэффициент, определяемый из таблиц [6,12] в зависимости от величины N, доверительной вероятности  и регламентированной вероятности
 ;
u - квантиль нормального распределения для вероятности из таблицы,
[6,12].
Мгновенная интенсивность отказов λ(t) - это предел, если он существует, отношения условной вероятности, что момент отказа неремонтируемого изделия произойдет в интервале времени (t, t + ∆t) к длине этого интервала ∆t , стремящемуся к нулю, при условии, что в начале этого интервала
электрооборудование находилось в работоспособном состоянии. Ее величина
вычисляется по формуле:
1 F (t  t )  F (t ) f (t )

,
t 0 t
R(t )
R(t )
 t   lim
(29)
где F(t), f(t) - соответственно функция распределения и плотность распределения вероятности отказа.
Средняя интенсивность отказов  (t1 , t2 ) - среднее значение мгновенной интенсивности отказов в интервале времени (t1 , t2 ). Средняя интенсивность отказов вычисляется по формуле:
t
1 2
 (t1 , t2 ) 
 (t )d (t ).

t2  t1 t1
(30)
Интенсивность отказов не является плотностью распределения случайной величины, так как не обладает необходимыми свойствами плотности
распределения:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
57

  t dt  1
0
.
(31)
Статистически интенсивность отказов рассчитывается по формуле:
n t t 
 t  
N t t
,
(32)
где n t (t) - число отказов или число отказавших единиц оборудования в
интервале времени ( t ; t+ t ) ;
N(t) - число единиц оборудования, исправных в момент t ;
t
- продолжительность испытаний.
Мгновенный параметр потока отказов z(t) - это предел , если он существует, отношения среднего числа отказов ремонтируемого электрооборудования в интервале времени
(t, t + ∆t) к длине этого интервала ∆t,
стремящейся к нулю. Он рассчитывается по формуле:
EN t  t   N (t )
,
t 0
t
z t   lim
(33)
где N(t) –число отказов в интервале времени (0, t);
Е – математическое ожидание.
Средний параметр потока отказов
z (t1 , t 2 ) - это среднее значение
мгновенной интенсивности отказа в интервале времени (t1 , t2 ). Он связан с
мгновенным параметром потока отказов z(t) следующим образом:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
58
t
1 2
z (t1 , t2 ) 
z (t )d (t ) .
t2  t1 t1
(34)
Параметр потока отказов используется в качестве показателя безотказности восстанавливаемого оборудования, при эксплуатации которого в
начальный момент оно начинает работу и работает до отказа, после происходит восстановление работоспособности, и оборудование вновь работает до
отказа и т.д. Моменты отказов образуют поток отказов. Математическое
ожидание числа отказов за время t определяется по формуле:
t   ЕN t  ,
(35)
где E - символ математического ожидания;
N(t) - число отказов за время t.
Асимптотический параметр потока отказов z (∞) характеризует предел, если он существует, мгновенного параметра потока отказов z(t), когда
время стремится к бесконечности.
Вероятность восстановления работоспособного состояния - это вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния электрооборудования не превысит заданного. Среднее время восстановления р аботоспособного состояния определяется по формуле:


0
0


t b   t  f b t dt   1  Fb t  dt,
(36)
где Fb(t) - функция распределения времени восстановления.
Долговечность - это способность электрооборудования выполнять
требуемую функцию до достижения предельного состояния при данных
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
59
условиях использования и технического обслуживания. Показателем долговечности является средний ресурс, определяется как:
1
Tk 
N
N
t
kj
i 1
,
(37)
где tk j - наработка j-го изделия в течение срока службы.
Кроме этого, показателями долговечности служат гамма-процентный
ресурс, остаточный ресурс, средний срок службы, гамма-процентный
срок службы и остаточный срок службы. При этом под техническим ресурсом понимается наработка оборудования от начала его эксплуатации или
ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние. Гамма-процентный ресурс и гамма-процентный срок службы
характеризуют соответственно наработку и календарную продолжительность
от начала эксплуатации электрооборудования, в течение которого оно не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью.
Сохраняемость - это свойство оборудования сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортирования.
Показателями являются средний срок сохраняемости, гамма - процентный срок сохраняемости, которые определяются по выражениям среднего
срока службы и гамма - процентного ресурса.
При расчете показателей безотказности учитываются все отказы оборудования, а при расчете долговечности - только те отказы, которые вызывают необходимость в капитальном ремонте оборудования.
К показателям, характеризующим готовность электрооборудования и
систем электроснабжения находиться в работоспособном состоянии, относятся такие показатели, как: коэффициент готовности и неготовности, средний коэффициент готовности и неготовности, стационарный коэффициент
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
60
готовности, коэффициент оперативной готовности, технического использ ования, сохранения эффективности.
Коэффициент готовности определяет вероятность того, что электрооборудование в данный момент времени находится в работоспособном состоянии, определенная в соответствии с проектом при заданных условиях
функционирования и технического обслуживания.
Средний коэффициент готовности A(t1 , t 2 ) - это среднее значение
мгновенного коэффициента готовности на интервале времени (t1 , t2 ). Он рассчитывается по формуле:
t
1 2
A(t1 , t2 ) 
A(t )d (t ) ,
t2  t1 t1
(38)
Средний коэффициент неготовности U (t1 , t2 ) - это среднее значение мгновенного коэффициента неготовности на интервале времени (t1 ,t2).
Его значение определяется по формуле:
t
1 2
U (t1 , t 2 ) 
U (t )d (t ) .
t 2  t1 t1
(39)
Стационарный коэффициент готовности А – это, предел, если он
существует, мгновенной готовности, когда время стремится к бесконечности.
При определенных условиях стационарный коэффициент готовности может
быть выражен как отношение средней продолжительности работоспособного
состояния к сумме средней продолжительности работоспособного состояния
и средней продолжительности неработоспособного состояния по внутренней
причине:
А
Т0
,
Т0  Тв
(40)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
61
где То - средняя продолжительность работоспособного состояния, ч.
Тв - средняя продолжительность неработоспособного состояния, ч.
Коэффициент технического использования - это
доля времени
нахождения в работоспособном состоянии относительно общей продолжительности эксплуатации в заданном интервале времени, включая все виды
технического обслуживания. Он рассчитывается как отношение математического ожидания времени пребывания оборудования в работоспособном с остоянии в заданном интервале времени эксплуатации к сумме математического ожидания времени простоев из-за технического обслуживания и времени ремонтов за тот же период эксплуатации
К ти 
где
tс
tс
ум
,

t

t
ум
ре м
о б cл
(41)
tcум - суммарная наработка всех единиц электрооборудования, ч;
tрем- суммарное время простоев из-за плановых и внеплановых ремон-
тов электрооборудования;
tобс- тоже из-за технического обслуживания.
Коэффициентом оперативной готовности Ког называется вероятность
того, что оборудование в данный момент времени t1 находится в работоспособном состоянии и, начиная с этого момента, выполнит требуемую функцию при данных условиях в интервале времени (t1 ,t2). Он представляет собой произведение коэффициента готовности и вероятности безотказной работы:
Rог  A(t1 , t 2 ) R(t1 , t 2 ),
(42)
Где R(t1, t2) - вероятность того, что оборудование будет безотказно
выполнять свои функции после режима ожидания.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
62
1.4. Количественные характеристики надежности
Оценка количественных характеристик базируется на объективных статистических данных об отказе электрооборудования в различных условиях
эксплуатации, по которым строятся соответствующие кривые распределения
отказов во времени по отдельным типам устройств. Закон распределения
наработки (до отказа, между отказами) и времени восстановления (до восстановления, между отказами, устранения неисправности и т.д.) позволяет определить все основные количественные показатели надёжности.
Тип закона распределения отражает физические закономерности возникновения отказов. Эти закономерности в условиях нормальной эксплуатации электрооборудования и системы электроснабжения носят стабильный
характер. Тип закона распределения практически не изменяется в течение
всего времени функционирования технологической системы. В связи с этим
он является важнейшей характеристикой потока отказов. Правильный выбор
исходной теоретической модели закона распределения в значительной степени определяет необходимый объём статистических исследований, требуемый
для оценки показателей надежности с заданной достоверностью.
Математическая модель реальной системы является тем абстрактным
формально описанным объектом, изучение которого возможно математическими методами, в том числе и с помощью математического моделирования.
Математической моделью отказов, возникающих внезапно, является
экспоненциальный закон распределения, функция которого имеет вид:
F (t,  )  1  e t ;
при t0;  =0
(43)
В формуле (43) для удобства написания принято, что λ(t) = λ.
При экспоненциальном распределении наработки между отказами интенсивность отказов является величиной постоянной (  = const), а основные,
количественные показатели находятся в следующей зависимости, [9,10,11]:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
63
R(t )  e  t ;
f (t )  e t

;
T   e t dt 
0
(44)
(45)
1

.
(46)
Зачастую удобнее пользоваться не вероятностью безотказной работы, а
вероятностью отказа Q(t). При этом под вероятностью отказа будем понимать вероятность выполнения технического обслуживания М (t1, t2), направленная только на восстановление отказавшего электрооборудования. Определяется по формуле:
Qt   1  Rt   1  e  t .
(47)
Основные характеристики надежности для данного распределения показаны на рис.6.
R(t), f(t)
Q(t),(t)
Q(t)
1.0
R(t)
(t)
f(t)
0
t
Рис. 6. Характеристики экспоненциального закона распределения
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
64
Экспоненциальный закон распределения отказов справедлив в небольшом интервале времени по сравнению с долговечностью отдельных элементов системы, когда еще незначительно старение, но период приработки уже
закончился. Такой закон распределения характерен при организации ремонта
блочной (модульной) аппаратуры, при замене отдельных блоков (узлов).
Теоретически в этом случае время восстановления сводится к экспоненциальному закону:
TB 
1

,
(48)
где μ - интенсивность восстановления, ч -1.
Постепенное изменение показателей надежности электрооборудования
или системы электроснабжения отображается нормальным законом распр еделения, то есть в тех случаях, когда доля отказов мала, а преобладают отказы вследствие старения, [3,4].
Функция плотности нормального распределения определяется по
формуле:
 t  T О  2 
,
f t  
 exp 
2
2



 2
1
(49)
где Т0 – средняя наработка между отказами восстанавливаемого электрооборудования, ч;
 - среднее квадратическое отклонение времени между отказами.
При нормальном законе распределения рассеивание случайных величин
практически полностью укладывается на участке 3 в обе стороны от математического ожидания Т.
Вероятность безотказной работы в течение требуемого времени рассчитывается по формуле:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
65
1

 t  T0
Rt   1  Ф
 2

где
Ф x  
2

x
 
 T 
  1  Ф 0  ,
 
  2 
(50)
  e  x dx - нормируемая функция Лапласа (приво2
0
дится в справочной литературе)
Мгновенная интенсивность отказов определяется формулой:
 t  T 0  2 

2  exp 
2
2




 t  
,


t

T

0 
  1  Ф




2

(51)
Вид основных характеристик надежности для нормального закона распределения показан на рис. 7 и 8.
f(t)
0

x
Рис. 7. Кривая нормального распределения
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
66
R(t),Q(t)
(t)
1.0
R(t)
(t)
Q(t)
0
t
Рис. 8. Количественные характеристики надежности
по нормальному распределению
Увеличение (t) с течением времени свидетельствует о том, что поток
отказов не является стационарным и имеет место старение элементов. В области малых значений t постепенные отказы несущественно влияют на
надежность, вследствие чего вероятность безотказной работы уменьшается
незначительно. При длительной эксплуатации электрооборудования из-за
отказов, вызванных его изнашиванием и старением, надежность быстро
снижается.
Распределение Пуассона используется при исследовании надежности
систем, для которых характерен простейший поток отказов. В качестве случайной величины рассматривается число отказов r в интервале времени t .
Эта величина подчиняется распределению Пуассона, если вероятность того,
что она примет значение r, определяется по формуле:
a r a
Rr  
e ,
r!
(52)
где а - среднее число отказов, приходящихся на интервал времени t;
R(r) - вероятность появления r отказов в заданном интервале времени.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
67
Распределение Вейбулла является универсальной моделью отказов.
Им описываются схемы мгновенных отказов старения, износа, усталостного
разрушения. Плотность распределения Вейбулла определяется по формуле:
f t, a, b  abt 
a 1


exp bt a ,
(53)
где a и b - параметры, определяющие форму и масштаб распределения
Вейбулла (Рис.9).
(t)
а=1
0
f(t)
а
б
а=2
t 0
t
Рис. 9. Кривые плотности распределения:
а - Вейбулла; б - логарифмически нормального.
Распределение отказов Вейбулла (рис.9,а) используется для описания
надежности электрооборудования, содержащего большое число одинаковых
или близких по конструкции элементов, находящихся в одинаковых условиях, причем отказ любого из элементов приводит к отказу всего электрооборудования.
Логарифмически нормальное распределение часто используется для
определения продолжительности работоспособного состояния электрооборудования при отказах вследствие изнашивания или старения, например, полупроводниковых элементов. Это распределение имеет место в том случае, ко-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
68
гда определяющий параметр оборудования изменяется по нормальному закону, а по времени - по экспоненциальному, (рис. 9,б).
Плотность распределения такого закона определяется формулой:
 ln t  ln t  2 
,
f t  
 exp 
2
2
 2


M1
(54)
где М1=0.4343 - коэффициент перехода от натуральных логарифмов к
десятичным .
1.5. Периоды работы электрооборудования
При исследовании работоспособности электрооборудования и системы
электроснабжения, как любого технического устройства, различают три периода его работы:
1.
период приработки, когда при испытании электрооборудования
происходит отбраковка конструктивных, технологических и производственных дефектов;
2.
период нормальной эксплуатации, характеризующийся слу-
чайными отказами приблизительно постоянной интенсивности;
3.
период старения, когда появляются отказы возрастающей ин-
тенсивности, вызываемые изнашиванием и старением устройства.
Главным из периодов работы электрооборудования является период
нормальной эксплуатации, который характеризуется длительной работой
устройства при определенных климатических и других условий применения,
[3,9,14…17].
Первый период работы электрооборудования характеризуется возникновением отказов при приработке, которые обычно устраняются путем замены дефектных деталей исправными или их приработки, если это допускается
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
69
конструкцией устройства. Например, в коллекторных или других электрических машинах перед выпуском их с промышленного предприятияизготовителя в нормальную эксплуатацию предварительно производится
притирка и приработка щеток на коллекторе или контактных кольцах, проверка состояния изоляции обмоток, наладка подшипниковых узлов и выполняются другие контрольные испытания машин.
Во время контрольных испытаний нередко возникают отказы, которые
также носят случайный характер. Они обуславливаются кратковременной
перегрузкой деталей, технологическими дефектами при изготовлении
устройства или же другими причинами.
В сложных системах, состоящих из ряда однотипных элементов, дефектные образцы имеют более высокую интенсивность отказов, чем исправные. Отказавшие дефектные элементы в системе, естественно, заменяются
исправными, и этим обеспечивается повышение надёжности работы системы
(рис.10).
В период нормальной эксплуатации электрооборудования (Т п-Ти)
обычно происходят отказы, которые носят случайный характер. Физическая
природа таких отказов обусловлена внезапной концентрацией нагрузок, действующих внутри и вне оборудования. Случайность возникновения отказов
проявляется в том, что события происходят неожиданно и нерегулярно. О днако в большие и приблизительно равные промежутки времени они повторяются с одинаковой интенсивностью (t).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
70
П ер и о д
прира ботки
П ер и о д н о р м а л ь н о й
э к сп л у а т а ц и и
П ер и о д
и зн о са
 (t)


0
T
n
и

T
и
T
p
t
Рис. 10. Кривая интенсивности отказов электрооборудования
После периода приработки, в котором интенсивность отказов повышенная, наступает период нормальной эксплуатации его (рис.10), в течение
которого имеет место наиболее низкий уровень интенсивности отказов пр иблизительно постоянной величины. В этом случае экспоненциальная завис имость надежности во времени, определяемая по формуле (48), служит достаточной аппроксимацией событий.
Высокую надёжность электрооборудования на продолжительный период можно обеспечить посредством соответствующей приработки, которая
позволяет исключить приработочные отказы, и с помощью профилактического технического обслуживания и ремонта устройства путем замены изношенных частей и исправления других его дефектов. Профилактические техническое обслуживание и ремонт восстанавливают работоспособное состояние электрооборудования и приводят его в такое состояние, когда вероятность отказов становится незначительной. Электрооборудование с правильно
выбранными периодами профилактического технического обслуживания и
ремонта длительное время не стареет и поэтому не будет отказывать.
Период износа (Т и-Тр ) характеризуется резким увеличением интенсивности отказов и. Отказы электрооборудования постоянной интенсивности
подчиняются экспоненциальному распределению, а отказы в период износа
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
71
оборудования после периода нормальной эксплуатации - нормальному и логарифмически-нормальному распределению во времени.
Определить количественные характеристики надежности электрооборудования, основные его периоды эксплуатации можно путем проведения
экспериментальных исследований. При этом под экспериментом понимается метод познания, при помощи которого исследуются явления природы и
общества в контролируемых и управляемых условиях, позволяющих следить
за ходом явления и многократно воспроизводить его при повторении этих
условий, [13,14,22]. Различают эксперименты физические и математические.
При определении характеристик надежности электрооборудования и систем
электроснабжения в процессе нормальной эксплуатации применяются математические модели и методы эксперимента, а основным методом является
статистическое исследование, основанное на сборе и обработке информации о работе электрооборудования.
2. ЭЛЕМЕНТЫ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПЛАНИРОВАНИЯ,
ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Общие сведения
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
72
Эффективность функционирования систем электроснабжения предприятий зависит от многих факторов, связанных с технологическим использованием электроэнергии, эксплуатацией электрооборудования, его обслуживанием, ремонтом и т.д. Надежность электрооборудования закладывается на
стадии проектирования, а воплощается на стадии его производства, реализуется при эксплуатации. Показатели надёжности полно и достоверно могут
быть определены только по результатам статической обработки информации,
полученной при эксплуатации. Сбор и статическая обработка информации
о работе оборудования позволяет:
- провести расчёт показателей надёжности;
- выявить конструктивные, производственные и эксплуатационные
факторы, влияющие на надёжность;
- классифицировать условия эксплуатации и режимов работы оборудования;
- разработать предложения по повышению надёжности, ремонтные
нормативы с учётом численности и квалификации персонала ремонтных
групп и расхода запасных частей и т.д.
Для сбора информации экспериментальные исследования проводят в
активной или пассивной форме, [16,19,27]. При активной форме исследователь в соответствии с заданной программой может влиять на ход эксперимента. При пассивной форме экспериментатор только наблюдает.
Объект исследования представляется в виде структурной схемы, показанной на рис.11.
S
}
X

x1
s1
s2
sn
x2
y
1
y
2

Y
xn
a
a
1
a
2
{
A
y
n
n
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
73
Рис. 11. Структурная схема исследования объекта.
Параметры, определяющие состояние объекта, можно подразделить на
четыре группы:
4
- множество X=(x1,x2, ... xn) контролируемых и управляемых пе-
ременных;
5
- множество S=(s1,s2, ... sn) контролируемых, но неуправляемых
переменных;
6
- множество А=(а1,а2, ... а n) неконтролируемых и неуправляемых
переменных;
7
- множество Y=(y1,y2, ... yn) выходных переменных, характеризу-
ющих объект.
Для эффективности исследований необходимо планирование эксперимента, которое включает следующие этапы:
- выбор входных и выходных переменных;
- сбор и анализ информации;
- разработка математической модели;
- выбор критерия оптимальности;
- определение анализа данных исследований;
- проведение исследований;
- обработка полученных результатов.
Если в процессе исследований невозможно обеспечить полное наблюдение за всей совокупностью объектов, то при планировании эксперимента
используют математическую теорию выборочного метода.
2.2. Планирование эксперимента на основе выборочного метода
Полная совокупность однотипных объектов (изделий), исследуемых
для определения соответствующего признака, называется генеральной совокупностью.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
74
Часть объектов генеральной совокупности, подлежащая наблюдению,
называется выборочной совокупностью или простой выборкой.
Число объектов в генеральной совокупности и в выборке называется их
объёмами.
Исследуются следующие виды выборки: случайная; механическая;
типическая; серийная.
Суждение об объекте в генеральной совокупности в выборке будет
правомочным, если выборка образована случайно. Случайная выборка может
быть образована двумя способами. В первом способе каждый объект генеральной совокупности нумеруется и записывается на карточке. После тщательного перемешивания карточек берут одну и по ее номеру устанавливают,
какой член генеральной совокупности попал в выборку.
При втором способе для образования выборки используют таблицы
случайных чисел, для чего наугад берут число из чисел, стоящих в таблице
подряд и соответствующих по номеру тому или иному объекту. При этом
необходимо следить, чтобы ряд выбираемых случайных чисел не превышал
количество объектов генеральной совокупности.
Механическая выборка осуществляется отбором объектов из генеральной совокупности через определенный интервал.
Объединение всех элементов нескольких случайных выборок в одну,
образует типичную выборочную совокупность.
Серийная выборка образуется дроблением совокупности на пересекающиеся серии. Из номеров серий составляется случайная выборка.
Для достаточно точного отражения характеристики генеральной совокупности, необходимо правильно оценить число объектов выборки. Минимальное количество их рассчитывается в зависимости от закона распределения по формулам:
 0  1 
2n
 1  2 n -при экспоненциальном законе,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
75
 0  1b 
2n
 1  2 n -при законе Вейбулла,
 0 t , n 1

-при нормальном законе,

n

 
 ln  2  1
n  2 ln  2  1  1 
0
2

U2



- при логарифмически- нормаль-
ном законе,
где n - минимально необходимое количество испытуемых образцов;
0 -
заданная относительная ошибка (принимается в пределах 0,01 –
0,20);
b - параметр формы закона Вейбулла;
 - ожидаемый коэффициент вариации надежности;
 - доверительная вероятность, с которой определяется  0 и n (принимается в пределах 0,80 – 0,99);
1-x,2n - табличное значение критерия Пирсона при степенях свободы
k1=1- и k2=2n;
t,n-1 - табличное значение критерия Стьюдента при степенях свободы
k1= и k2=n-1;
U - табличная квантиль нормального распределения при доверительной вероятности .
Когда закон распределения заранее неизвестен, количество единиц
электрооборудования рассчитывается по формуле:
n
ln 1   
ln P (t )
,
где P(t) - вероятность безотказной работы за время t.
(55)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
76
2.3. Обработка и анализ результатов наблюдений
Полученные в процессе наблюдений статистические данные сводятся в
таблицу, данные которой по информационным признакам формируются по
выборкам и проверяются на анормальность. Для ее оценки выборку случайных величин располагают в упорядоченный возрастающий вариационный
ряд
t1<t2<t3<...<tn .
Определяют средне арифметическоеt и среднее квадратическое от-
клонение значений выборки. Затем рассчитывают U- критерий Смирнова для
двух кратных значений выборки t1 и tN
U1 
t  t1
S
UN 
tN  t
S
;
.
(56)
(57)
Полученные значения U1 и UN уравнивают с табличным значением
[6,12] критерия Uт для данного объема выборки N и принятого уровня вероятности . Если U>=Uт или UN>=Uт, то подозреваемый в анормальности
результат из выборки должен быть исключен и ее дальнейшая обработка
производится без учета этого результата. Если U<Uт или UN<Uт, то анормальность считается не нарушенной.
Затем осуществляется проверка на однородность выборок. Она заключается в выявлении факторов, вызывающих разницу в данных между выборками. По каждой из выборок определяется среднее арифметическое значение
и среднее квадратическое отклонение опытных данных. Рассчитывается F критерий Фишера по формуле:
Fon 
S 12
S 22
.
(58)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
77
Здесь S1 и S2 - средние квадратические отклонения двух сравниваемых
выборок. По таблице F распределения [6,12] в зависимости от степеней свободы к1 и к2 находят табличное значение критерия F т.
При этом:
k1=n1-1;
k2=n2-1.
где n1 и n2 - количество значений в сравниваемых выборках.
Если Fon  Fт , то гипотезу однородности двух сравниваемых выборок и
их принадлежности к одной генеральной совокупности отклоняют. Когда
Fon<Fт, то рассчитывают t - критерий Cтьюдента:
t on 
t1  t 2
 n1  1  S1   n2  1  S
2
2
2

n1  n2   n1  n2  2
n1  n2
.
(59)
При |ton| tт гипотезу принадлежности выборок к одной генеральной
совокупности отклоняют, а при
|ton|tт их выборки считают однородными,
[6,12].
После проверки гипотезы об однородности выборок рассчитывают
средние значения показателей надежности (наработка на отказ, среднее время восстановления и т.д.) и устанавливают законы распределения исследуемых величин.
Для этого упорядоченный ряд располагают в полученных интервалах,
выделяя середины интервалов, и подсчитывают суммы частот. В результате
получают ряд значений середины интервалов и соответствующих им частот.
Статистический ряд графически оформляют в виде гистограммы.
По данным статистического ряда строят статистическую функцию,
распределения величины X. Обычно достаточно построить ее по нескольким
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
78
точкам, соответствующим средним значениям интервалов, которые фигурируют в статистическом ряде. Соединяя полученные точки линией, получают
график статистической функции распределения.
В любом статическом распределении неизбежно присутствуют элементы случайности. Поэтому при обработке материала используют точечные и
интервальные оценки.
Генеральная средняя X оценивается по выборочному среднему арифметическому:
1 n
X   x i,
n 1
(60)
где n- число членов выборки.
Генеральная дисперсия оценивается по выборочной дисперсии:
1 n
D
 xi  X
n 1 1


2
(61)
Выборочные точечные оценки являются случайными величинами. Поэтому, кроме точечных оценок, применяют доверительные интервальные
оценки.
Для оценки точности показателя надёжности, установленного на основании статической обработки выборки случайных величин, находят доверительный интервал и доверительную вероятность.
Если генеральную совокупность из N единиц оборудования разделить
на несколько выборок по n единиц оборудования и провести их испытание на
надёжность, то выборочные средние арифметические значения ti в силу случайных отклонений распределятся на некотором интервале от t
нм
до t
нб
.
Когда из генеральной совокупности испытана только одна выборка, то её выборочное среднее значение t характеризует генеральную совокупность с
определенной ошибкой.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
79
Для оценки ошибки назначают вероятность  = 0,8-0,99, считая событие с такой вероятностью достоверным. Находят значения выборочного
среднего предполагая, что диапазон отклонений от средней генеральной с овокупности tгс равен :
P  ti  t г с     x .
(62)
Это выражение означает , что значение  tгс попадет в интервал:
I   ti   .
(63)
Величина средней арифметической генеральной совокупности tг с не
случайна. Случайны положения интервала  на оси абсцисс. Они определяются выборочной средней ti, и длиной интервала 2 . Перекрывание случайным интервалом  точки tг с при этом осуществляется с вероятностью  ,
Вероятность  является доверительной вероятностью, интервал  доверительным интервалом, а точки (tг с -  ) и (tг с +  ) - доверительными границами. Значенияt , лежащие на доверительном интервале, считаются согласующимися с опытными, а значенияt, лежащие вне доверительного интервала, противоречат опытным данным. Ширина доверительного интервала характеризует точность выборочной оценки генеральной совокупности. При этом доверительная вероятность определяет достоверность
оценки.
Доверительные интервалы средних арифметических значений показателей надёжности (наработки на отказ, среднего времени восстановления и
т.д.) определяют по следующим формулам:
а) при экспоненциальном законе для восстанавливаемых изделий:
r2  t  t  r1  t
;
(64)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
80
б) то же, для невосстанавливаемого оборудования:
r3  t  t  r1  t
;
(65)
в) при законе Вейбулла:
t  b r3  t  t  b r1
;
(66)
г) при нормальном законе:
t  t  t 
S
N
;
(67)
д) при логарифмически-нормальном законе :
ln t  ln t  0.5  S л2  U  
Sл
N
 1  0.5  S л2 ,
(68)
где r1, r2, r3 - коэффициенты, определяемые по таблице [6,12] в зависимости от N и доверительной вероятности  ;
t - коэффициент Стьюдента, определяемый по таблице [6,12]
в зависимости от числа степеней свободы k=N-1, и доверительной вероятности  ;
U - квантиль нормального распределения, определяемый по
таблице [6,12] в зависимости от  .
Если за время эксплуатации оборудование не отказывало, то среднее
время эксплуатации определяют по формуле:
1
tэ 
N
N

j
,
j 1
где j -время безотказной работы j-ой единицы оборудования, ч.
(69)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
81
Нижняя доверительная граница tн среднего арифметического показателя при этом определяется как:
t 
tн  tэ  н  ,
 tu  
(70)
 tн 
где   - табличное отношение нижней доверительной границы к средней
 tu  
продолжительности эксплуатации, устанавливается из [6,12].
Доверительный интервал для вероятности безотказной работы оборудования равен:
1  Fв t   Pt   1  Fн t ,
(71)
Границы доверительного интервала выражаются зависимостями:
1  Fв t   n 1   ;
(72)
1  Fн t   1,
(73)
где Fв(t), Fн(t) - верхнее и нижнее значения функции распределения.
Показатели надёжности выборки оборудования считаются соответствующими требованиям нормативно-технической документации, если требуемое значение показателя окажется внутри доверительного интервала, полученного по опытным данным. При этом точность выборочной оценки (о тносительная ширина доверительного интервала) должна быть не менее 0.050.10, а доверительная вероятность соответствовать 0.80-0.95.
Пример. Необходимо определить соответствие требованию по наработке на отказ выборки из 150 реле при  = 0.95, если известно, что закон распределения наработок нормальный при Т=410ч, S=57ч. Требование по нар аботке на отказ равно 415 ч.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
82
Решение. По формуле (60) определяется
t  410  1976
.
57
150
 410  92
. .
Доверительный интервал равен 400,8-419,2 ч.
Поскольку требуемое значение наработки на отказ находится внутри
 9.2 
  0.022 , то
410
доверительного интервала, а точность выборочной оценки 

оцениваемая выборка реле соответствует предъявленным требованиям.
2.4. Характер и причины отказов электрооборудования распределительных сетей потребителей сельского хозяйства
2.4.1. Категории потребителей по надежности электроснабжения
В соответствии с Правилами устройства установок [7], электроэнергетическая система это электрическая часть энергосистемы и питающиеся от
нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса
производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.
Электроснабжение - обеспечение потребителей электрической энергией.
Потребитель электрической энергии — электроприемник или группа
электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.
Приемник электрической энергии (электроприемник) - аппарат, агрегат (и др.устройства), предназначенный для преобразования электрической
энергии в другой вид энергии.
Под обеспечением электроэнергией потребителей понимается удовлетворение их потребностей в уровне качества электрической энергии, режимах электроснабжения машин и механизмов, в запасных частях, резервном
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
83
электрооборудовании, частоте (периодичности) профилактического обслуживания и т.д.
В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) , [7],
в отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники
разделяются на три категории.
К первой категории относят электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей,
угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб,
расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи
и телевидения. Для условий сельского хозяйства ущерб может быть связан
прежде всего с болезнью и гибелью животных, птицы, порчей сельскохозяйственных продукции.
К сельскохозяйственным потребителям первой категории относятся:
- животноводческие комплексы и фермы, [4,6]:
по производству молока на 400 и более коров; по выращиванию и откорму молодняка крупного рогатого скота на пять тысяч и более голов в год;
по выращиванию нетелей на три тысячи и более ското-мест; площадки по
откорму крупного рогатого скота пять и более тысяч голов в год; комплексы
по выращиванию и откорму двенадцати тысяч и более свиней в год.
- птицефабрики:
по производству яиц с содержанием 100 тысяч и более кур-несушек;
мясного направления по выращиванию одного миллиона и более бройлеров в
год; предприятия по выращиванию племенного стада кур на 25 тысяч и более
голов, а также гусей, уток и индеек на 10 тысяч и более голов.
Электроприемники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания,
и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного
из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического
восстановления питания.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
84
Из состава первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и
пожаров. В сельскохозяйственной отрасли таких потребителей нет.
Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недополучению продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной жизнедеятельности значительного количества городского и сельского населения.
К сельскохозяйственным потребителям второй категории относятся
[4,7]: животноводческие и птицеводческие фермы с меньшей производственной мощностью, чем указано ранее для потребителей первой категории; тепличные комбинаты и рассадные комплексы; кормоприготовительные заводы
и отдельные цеха с механизированным приготовлением и раздачей кормов;
овоще и картофелехранилища вместимостью более 500 т с холодоснабжением и активной вентиляцией; холодильники для хранения фруктов вместимостью более 600 т; инкубационные цеха рыбоводческих хозяйств и ферм;
комплексы и фермы молочного направления, свиноводческие комплексы и
фермы, птицефермы, не вошедшие в группу потребителей 1 категории.
Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны
обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприемников этой категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного
питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Допускается питание электроприемников второй категории по одной
воздушной линии (ВЛ), в том числе с кабельной вставкой; если обеспечена
возможность проведения аварийного ремонта этой линии, то линии электропередачи должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току линии. Допускается питание элек-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
85
троприемников второй категории по одной кабельной линии, состоящей не
менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату распределительного устройства.
При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены поврежденного (трансформатора) за время не более 1 суток
допускается питание электроприемников второй категории от одного трансформатора.
К третьей категории относятся все электроприемники, не подпадающие под определение первой и второй категорий. Их электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы в
электроснабжении, необходимые для ремонта и замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают одни сутки, [7].
2.4.2. Надежность электрооборудования
Повышение надежности электроснабжения достигается использованием различных средств. Оно целесообразно до уровня, при котором достигается максимальный суммарный экономический эффект, обусловленный
уменьшением ущерба от перерывов в электроснабжении, с учетом дополнительных затрат на средства повышения надежности.
Сбор и анализ эксплуатационных сведений о характере и причинах отказов любых изделий позволяют выявить наиболее аварийное электрооборудование, применяемое в системах, исследовать физические закономерности
его отказов. В сельских распределительных электросетях наименее надежными элементами являются воздушные линии электропередач. На их долю
приходится около 85-90% всех нарушений в сетях, [9].
Причинами повреждений воздушных линий являются поверхностные
пробои изоляции, гололёдно-изморозевые отложения на проводах, нагрузки
от ветра, совместные нагрузки от ветра и гололеда, вибрация, “пляска”, схле-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
86
стывание проводов, ослабление механической прочности деталей опор, повреждения различными механизмами, транспортом и т.д., [9,20,21,22,23,44].
Массовые аварии с длительным отключением значительного числа потребителей обусловлены гололедно-ветровыми воздействиями.
Повреждения воздушных линий вызываются: превышением фактических внешних нагрузок расчетных значений; неправильным выбором типов
проводов, опор, изоляторов по природно-климатическим зонам; жесткой заделкой проводов на опорах; возможными дефектами при изготовлении опор,
проводов, изоляции; несоблюдением правил сооружения воздушных линий;
несоблюдением сроков, объемов и качества проверок, ремонтов и замены
дефектного оборудования; повреждения линий людьми, животными, птицами, высокими габаритными механизмами при проезде под высоковольтными
линиями. Основными причинами выхода из строя кабелей являются пробои
изоляции, что вызывает до 70% перерывов в электроснабжении потребителей. Обусловлено это периодической переноской кабелей, перегибами во
время их монтажа и демонтажа, механическими повреждениями транспортными средствами, при ведении земельных работ и т.д.
Повреждаемость воздушной и кабельной линий распределяется равномерно по их
длине, [20,21,26,27,30,46,50]. На основании статистических
данных определяют удельную частоту отказов, отнесенных к одному километру линии. При этом в качестве общего числа рассматриваемых элементов
принимается суммарная длина линий эксплуатируемого класса. Частоту отказов линии длиной L определяют по формуле:
  L ‚
(74)
где   - удельная частота отказов на одном километре линии.
Показатели надежности воздушных и кабельных линий различного
напряжения для сельской местности приведены в таблице 3.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
87
Таблица 3
Показатели надежности воздушных и кабельных линий
Наименование объекта
Удельная частота
Среднее время
отказов,   1/(год.
ремонта, ч
км)
Воздушная линия:
0,38 кВ
0,75
2,2
10 кВ
0,25
3,2
одна
0,08
4,0
две
0,01
5,1
одна
0,06
4,8
две
0,008
5,8
6-10 кВ
0,18
8,5
35 кВ
0,05
9,7
110 кВ
0,04
10,8
Цепь воздушной линии 35 кВ
Цепь воздушной линии 110 кВ
Кабельные линии
Среднее время ремонта из-за различных видов повреждения воздушной линии состоит из двух составляющих: времени собственно ремонта и
времени, затрачиваемого ремонтной бригадой на прибытие к месту повр еждения. Ремонты при повреждениях опор, сложных повреждениях выполняются ремонтной бригадой, а изоляция ремонтируется, как правило, опер ативно-выездной бригадой при выполнении операций по восстановлению работоспособности линий.
К силовым установкам сельских электрических сетей относятся ячейки
распределительных устройств, трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88
силовые трансформаторы. Основными причинами их отказа являются: повреждение вводов от внешних и внутренних перенапряжений; поверхнос тный пробой изоляторов из-за воздействия пыли, влаги; пробой шин и вводов
при попадании в них птиц и животных; повреждение изоляции обмоток
трансформаторов при перенапряжениях и перегрузках из-за дефектов конструкций и изготовления.
Ремонт оборудования на подстанциях 35-110/10 кВ производится по
месту их установки. Трансформаторы 10/0,4 кВ, КТП подлежат ремонту централизовано, отказавшее оборудование заменяется работоспособным.
В таблице 4 приведены показатели надежности силовых электроустановок в сельских сетях [20,31,37,38,40,49].
Среди сложных элементов особую группу образуют коммутационные
аппараты: выключатели, отделители, короткозамыкатели, автоматические
выключатели на напряжение ниже 1 кВ. Характерной особенностью их работы является автоматическое отключение при отказах смежных элементов.
Отказы могут происходить в статическом состоянии, при производстве оперативных переключений, при автоматических отключениях смежных элементов. Коммутационный аппарат является связующим для двух элементов,
которые по отношению к нему рассматриваются как смежные, например, для
линии и системы сборных шин, генератора и силового трансформатора.
Таблица 4
Показатели надежности силовых электроустановок
Наименование оборудования
Частота, 1/год
Среднее время
ремонта, ч
Трансформаторы 10/0,4 кВ внутрен-
0,03
2,1
0,07
2,7
ней установки в закрытой ТП
Комплектные трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ
Трансформаторы (наружной установ-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
89
ки) напряжением:
35/10 кВ
0,03
17,0
110/10 кВ
0,015
22,0
35 кВ
0,05
4,0
110 кВ
0,03
10,0
Ячейка внутренней установки 10 кВ
0,07
15,0
Ячейка 10 кВ наружной установки
(КРУН) напряжением:
Отказы коммутационных аппаратов в статическом состоянии и при
оперативных переключениях, если рассматривать наиболее вероятные случаи
короткого замыкания в аппаратах, приводят в режим короткого замыкания
один либо оба смежных элемента, в зависимости от состояния аппаратов и
вида разрушения при коротком замыкании.
Статистические данные об отказах выключателей на станциях в энергосистемах показывают, что для выключателей напряжением 6-20 кВ внутренней и наружной установки (электромагнитных, вакуумных и маломасляных) наиболее вероятны двухсторонние отказы в силу конструктивных ос обенностей, [23,24,25,28].
В таблице 5 сведены показатели надежности коммутационных аппаратов, [20,24,29,36,54,60].
Таблица 5
Показатели надежности коммутационных аппаратов
Вид
Номинальное
напряжение, кВ
Средний пара-
Среднее время
метр потока от- восстановления,
казов, 1/год
ч
0,05
4
Выключатели:
автоматические
до 1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
90
электромагнитные
6-10
0,022
11
вакуумные
10
0,006
20
маломасляные
10
0,009
20
35
0,012
25
110
0,05
20
масляные
35
0,01
30
баковые
110
0,016
40
воздушные
35
0,02
20
110
0,02
30
6-10
0,01
7
35
0,01
6
110
0,01
11
35
0,015
3
110
0,01
3,5
35
0,01
4
110
0,01
6
Разъединители
Отделители
Короткозамыкатели
Для воздушных (выполненных в виде модулей), масляных выключателей высокого напряжения вероятны односторонние и двухсторонние отказы,
причем частота первых составляет примерно 60% частоты суммарных отказов, [20,36,53,62].
Приведены в таблице 6 показатели надежности для системы сборных
шин подстанций в зависимости от уровня напряжения, [23,39,41,43,51,65,67].
Таблица 6
Показатели надежности системы сборных шин
Номинальное напряжение, кВ
Средний параметр пото-
Среднее время
ка отказов, 1/год
восстановления,
ч
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
91
6
0,030
5
10
0,030
7
35
0,020
7
110
0,016
5
Наиболее распространенными электрическими машинами сельского
хозяйства являются электрические двигатели. Асинхронные двигатели работают, как правило, в условиях далеких от идеальных, часто при неудовлетворительном обслуживании или совершенно без какого-либо ухода. В
большинстве случаев причинами отказов асинхронных двигателей являются
неправильное их применение (15-35% отказов), недостатки эксплуатации (3550% ) или низкое качество ремонта, [32-35,47]. Средний срок службы асинхронных двигателей до капитального ремонта составляет 5 лет (15-20 тыс.ч),
[26,27].
Распределение повреждений по отдельным узлам асинхронных двигателей изменяется в зависимости от условий их применения. Наибольшее число повреждений приходится на обмотку статора. Из-за повреждений обмоток
двигателей происходит 85-95% отказов, 3-8% отказов - из-за повреждений
подшипников, [33].
Основной причиной отказов (93%) является повреждение межвитковой
изоляции. Повреждения междуфазовой (5%) и пазовой (2%) изоляции обычно возникает как следствие межвитковых замыканий и представляют их развитие, [29,35].
Для асинхронных двигателей изменение интенсивности отказов в
функции времени имеет довольно типичный характер, отчетливо соответствуя периодам приработки, нормальной эксплуатации и износа. Преобладающая причина отказов - межвитковые замыкания в обмотке статора.
Статистический материал для расчета надежности электрооборудования собирают в районах электрических сетей и обобщают в энергосистемах.
Исследования [21,32,33] показали, что при сборе информации фиксируется
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
92
не более 30-50% отказов. Полученный материал характеризуется малой полнотой по номенклатуре и невысокой достоверностью. Естественно, необходимо стремиться к получению более достоверных данных. Обеспечение высокой точности исходной информации необходимо, прежде всего, для принятия конкретных технических решений при сопоставлении вариантов, хотя
эти решения существенно дискретны: один или два трансформатора, нужен
или нет секционный выключатель и т.д. В результате этого, ошибка от недостаточно высокой достоверности исходных данных о надежности не оказывает заметного влияния на выбор технического решения.
Показатели надежности электрооборудования позволяют рассчитывать
характеристики надежности системы электроснабжения в целом в зависимости от ее структуры.
3. НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
3.1.
Общие сведения
По ГОСТу [13], система это совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей, предназначенная для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов и операций в соо тветствии с требованиями нормативно-технологической документации.
Электрическая система - часть энергосистемы, состоящей из генераторов, распределительных устройств, повысительных и понизительных
трансформаторных подстанций, электрических сетей и приемников электроэнергии, [7,13,15].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
93
Электрической сетью называют часть электрической системы, состоящая из подстанций и линий электропередачи различных напряжений.
В зависимости от назначения электрические сети подразделяют на
распределительные и питающие, [4,19,20,21] .
Распределительная (рис.12) электрическая сеть подводит электроэнергию от источника питания (ИП) к потребительским трансформаторным
пунктам (ТП) или к самим потребителям, если это линия низкого напряжения.
Рис.12. Схема распределительной электрической сети
Питающая (рис.13) сеть подводит электроэнергию к распределительным пунктам РП или подстанциям.
Рис.13. Схема питающей электрической сети
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
94
Конфигурация сети определяется взаимным расположением элементов, а схема сети - основной идеей ее построения, зависящей от категорий
потребителей и степени их надежности электроснабжения, [4,19,24].
В зависимости от категорий потребителей по надежности электроснабжения применяются нерезервированные и резервированные схемы.
Нерезервированные схемы формируются без резервных линий и
трансформаторов. К этой группе, питающей потребителей Ш категории (иногда П), относятся радиальные схемы (рис.14,а).
Резервированные схемы питают потребителей 1 и П категорий. К
ним относятся схемы двухцепные магистральные (рис.14,б), кольцевые
(рис.14,в),
с двухсторонним питанием (рис15,г), и сложнозамкнутые
(рис.14,д). Могут применяться и смешанные схемы - резервированные совместно с нерезервированными.
Экономически целесообразно иметь единую систему электроснабжения
всех потребителей, расположенных на одной территории, независимо от их
требования к надежности и качеству электроэнергии, [4,6,21-27].
д
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
95
Рис.14. Схемы возможных сетей
Электрические сети напряжением 35-110 кВ, как правило, являются и
рассматриваются как источники питания линий 10 кВ с разнородными
нагрузками. Резервирование потребителей первой категории от независимых источников питания выполняется, когда основное и резервное питание
потребителей по сети 10 кВ осуществляется либо от шин 10 кВ разных подстанций, либо от разных секций шин 10 кВ одной подстанции и эти шины
(секции), в свою очередь, имеют независимое питание. При этом не предусматривается обязательное двойное питание каждой подстанции от узловых
подстанций.
Надежность электроснабжения потребителей, присоединенных к сети
10 кВ, зависит от схемы и длины сети, что влияет на количество повреждений в ней, и определяет возможности резервирования нагрузок путем использования устанавливаемых в сети коммутационных аппаратов, автоматики и других устройств управления для выделения поврежденного участка и
восстановления питания потребителей. Различают два принципа взаимного
резервирования линий: концевое - осуществляемое по резервной связи (перемычке), подключаемой к концу магистрали резервируемой линии; и промежуточное - по резервной связи, подключаемой к любой точке линии, кроме конца ее магистрали.
Концевое резервирование по перемычке, связывающей концы магистралей взаиморезервируемых линий, называется магистральным[4,6,2127]. Питание по двум линиям называют двухлучевыми схемами. Они фор-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
96
мируются с односторонним и двухсторонним питанием, с дополнительным
автоматическим резервированием и с местным АВР в распределительном
устройстве 10 кВ.
Сети напряжением 0,38 кВ выполняют в виде радиальных секционированных линий в четырехпроводном исполнении. Часто линии 0,38 кВ выполняют в основном нерезервированными. Потребители присоединяются к линии глухими ответвлениями.
В систему электроснабжения напряжением 0,38 - 110 кВ входят:
трансформаторные подстанции, автоматические выключатели, пускатели,
разрядники, отделители, кабели, провода и т.д.
Под элементом системы понимают часть системы условно неделимой
на данной стадии ее анализа, [13].
Система или сложное техническое устройство состоит из нескольких
отдельных частей или комбинаций разных групп однотипных элементов. Отдельные элементы системы или каждая составная часть устройства обладают в течение заданного промежутка времени разным уровнем надежности.
От определенного сочетания значений вероятности отказа зависит общий
уровень надежности всей системы в целом. Например, электрическая машина
состоит из магнитной системы, обмоток статора и ротора, подшипников,
коллектора или контактных колец и щеточного устройства. Все они имеют
различный уровень надежности. Отказ в работе любой из этих частей приводит к выходу из строя машины как системы. Для расчета вероятности отказа
систем в течение заданного промежутка времени нужно знать, к какому типу
соединения в смысле надежности принадлежит комбинация этих частей - к
последовательному или параллельному.
При расчете надежности системы необходимо учитывать тип соединения различных частей или элементов. Если отказы частей устройства или
элементов системы независимы, то на основании теорем теории вероятностей
можно представить следующие уравнения надежности, [6,9], например комбинации из двух элементов:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
97
1. Если P1(t) - надежность одного элемента системы, а P2(t) надежность
другого, то вероятность того, что оба элемента будут работать безотказно в
течение заданного промежутка времени t равна:
Pnc(t)=P1(t)*P2(t).
(75)
2. Вероятность того, что один элемент системы откажет:
Qnc(t)=1-Pnc(t) .
(76)
3. Вероятность того, что один или оба элемента системы будут работать:
Pnp(t)=P1(t)+P2(t)-P1(t)P2(t).
(77)
4. Вероятность того, что оба элемента системы откажут:
Qnp(t)=Q1(t)Q2(t)=1-Pnp(t) .
(78)
Величина Pnc(t) является вероятностью работы последовательно соединенных элементов системы, а величина Qnc(t) - вероятностью отказа этой системы.
Величины Pnp(t) и Qnp(t) являются соответственно вероятностью отказа
параллельного соединения элементов или системы с постоянным нагруженным резервом.
3.2. Последовательное соединение элементов
При последовательном соединении с отказом одного элемента отказывает вся система.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
98
При последовательном соединении n элементов системы вероятность
безотказной работы системы определяют по формуле:
n
Pc t   P1 t P2 t ... Pn t    Pi t  ,
i 1
(79)
где Pi(t)- надежность i-элемента или блока в последовательном соединении. Надежность Pi(t) может быть как экспоненциальной, так и не экспоненциальной функцией времени.
Вероятность отказа системы, состоящей соответственно из последовательного соединения n элементов, будет:
n
Q c t   1  Pc t   1   Pi t  .
i 1
(80)
При надежности отдельных элементов в системе, изменяющейся во
времени по экспоненциальному закону с учетом (79), вероятность работы системы определяют:
    K   n  t
Pc t   e  1t e   2t ... e   nt  e  1 2
,
(81)
где  1,  2, ... n - средние постоянные величины интенсивности отказов
отдельных элементов;
t - время работы элемента или части устройства в часах.
Если наработки элементов распределены по экспоненциальному, нормальному или логарифмически-нормальному закону, то наработка на отказ
системы в целом рассчитывают по формуле:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
99
T 
1
n
1 ,

i 1 T i
(82)
где Ti - наработка на отказ i - го элемента.
При других комбинациях законов распределения наработка на отказ
определяют методом приближенных вычислений как площадь под кривой,
описанной выражением:

n
T    Pi t dt .
(83)
0 i 1
Частота отказов системы с учетом (79) и (82) будет:
n
n
1
,
T
i 1
i
 c   Pi (t )
i 1
(84)
Продолжительность отказов системы, исходя из (80) и (84), определяют
как:
c 
1  Pc t 
n
n
1
i 1 T i
 Pi t 
i 1
.
(85)
Значения (79)-(85) в полной мере отображают средние параметры работы системы при последовательном отношении надежности соединении элементов системы.
Законы распределения наработок на отказ и продолжительностей отказов выявляются путем суммирования законов распределения элементов системы. Распределение fпос   выражают зависимостью, [10]:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
100
fп о с 
n

i 1
mi
f i ( ) ,
m
(86)
где fi ( - функция распределения времени восстановления i -го элемента;
mi , m - соответственно число отказов i -го элемента системы и системы в целом.
Наработка на отказ электрооборудования системы электроснабжения
во много раз превышает их продолжительность. Одновременное возникновение отказов практически невозможно [16,21]. Появление отказов носит чисто
случайный характер и вызывает случайное по длительности деление наработок между отказами неотказавшего электрооборудования системы электроснабжения. Для последовательного соединения элементов при экспоненциальном законе распределения значений их наработок на отказ закон распределения значений наработки на отказ системы будет
аналогичным,
[1,2,8,16,21]. При этом параметром закона является обратная величина наработки на отказ системы.
3.3. Параллельное соединение элементов
При параллельном соединении одновременно работающих элементов в
системе вероятность отказов определяют по формуле:
n
Q nc t   Q1 t   Q2 t K Q n t    Q i t ,
i 1
(87)
где Qi(t)=1-Pi(t) - вероятность отказа i - элемента в параллельном соединении.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
101
Тогда надежность системы из n параллельно работающих в ней элементов или блоков выражают как:
n
Pnc t   1  Q nc t   1   Q i t  ,
i 1
(88)
Если параллельно работающие элементы в системе одинаковы, то:
Qnc t   Q n t ;
(89)
Pп с(t )  1  Q n (t ) .
(90)
При параллельной работе двух элементов с отличными один от другого
значениями вероятностей безотказной работы возможны следующие комбинации совместной работы элементов: одновременная работа элементов, работа первого из двух, работа второго из двух, одновременный отказ элементов.
Каждая комбинация характеризуется вероятностью, средней длительностью,
частотой и плотностью вероятности длительности совместной работы элементов.
Вероятность одновременной работы P22 элементов , в силу независимости событий, равна произведению вероятностей работы каждого элемента,
[16]:
P22 = P1 P2 ,
(91)
а их средняя длительность рассчитывается из уравнения:
1
 22
Она равна:

1
1

1
2 .
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
102
 22 
 1 2
1   2
.
(92)
По вероятности и средней длительности частота появления рассматриваемых ситуаций определяется выражением:
 22 
P22
 22
.
(93)
Зависимости (91)-(93) позволяют с вероятностных позиций оценить параллельное соединение в отношении надежности элементов системы электроснабжения. С их помощью в виде аналитических зависимостей можно
описать одновременную работу всех элементов, работу рассматриваемого
числа элементов и работу не менее заданного количества элементов.
Работа одного элемента из двух определяется как первым, так и вторым
элементами. Вероятность работы одного элемента из двух является суммой
вероятностей события P21’ и события P21” :


P21  P21  P21 ,
(94)
где P21’ = P1Q2 - вероятность работы первого элемента из двух;
P21” = Q1P2 - вероятность работы второго элемента из двух.
Вероятностям P21’ и P21” соответствуют длительности наработок 
и  . Их средние длительности с учетом (92) и перекрытых во времени
наработок и отказов рассматриваемых единиц электрооборудования выразятся уравнениями:

 21 
 1 2
1  2
;
(95)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
103

 21 
 1 2
1   2
.
(96)
Вероятности P21’ , P21” и средние длительности 
и  позволяют
установить частоты следования наработок:

P21



 21

 21
где  
;
 21
(97)

P21


,
 21
(98)
- частота следования наработок системы соответствующих
работе первого элемента из двух;
  - частота следования наработок системы соответствующих работе второго элемента из двух .
Частота появления наработок системы при работе только первого или
второго элемента из двух:


 21   21   21
,
( 99)
их средняя длительность определяется как:
 21 
где

 21
 21
P21
 21



 

 21  21  21  21 ,
 21
 21
(100)
- вероятность появления наработок длительностью 
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
104

 21

 21 - вероятность появления наработок длительностью  
Характеристики ситуации, отвечающей одновременному отказу элементов, определяют формулами, аналогичными (91)-(93). Для их получения
достаточно в формулах (91)-(93) вероятности работы элементов заменить на
вероятности отказов, а значения наработок на отказ - на среднее время восстановления.
Наибольшую сложность при решении задачи представляет установление характеристик наработок, отображающих работу одного элемента из
двух. Когда нет необходимости в выявлении зависимостей работы только
первого или второго элемента, а ставится задача определения характеристик
работы одного из двух элементов, то решение может быть упрощено. Для
этого частоты правой части (99) выражают через параметры работы элементов:
 21 
PQ
1 2 ( 1   2 )
 1 2

Q1P2 ( 1   2 )
 1 2
.
(101)
Заменив в полученном уравнении средние длительности наработок на
отказ и отказов через вероятности и частоты, с учетом того, что появление
отказов есть события противоположные появлению наработок на отказ, получают:
 21  1   2
.
(102)
Представление   частотами наработок на отказ рассматриваемого
электрооборудования упрощает расчет характеристик совместного функционирования оборудования, отображающих работу одного элемента из двух .
Это обусловлено тем , что из расчета исключают операции по определению
характеристик наработок на отказ каждого конкретного элемента .
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
105
Часто, когда параллельно соединены два элемента, перебои в электроснабжении потребителей вызывает только одновременный отказ элементов.
При отказе первого элемента работу приемников обеспечивает второй элемент, а, при отказе второго - первый. Таким наработкам отвечают длительности 
и  , т.е. работа не менее одного элемента , которая характери-
зуется вероятностью:
P12  P22  P21 .
(103)
Частота отказов системы при этом определяется по выражению:
 20 
Q1Q2 ( 1   2 )
 1 2
.
(104)
Наработка на отказ для рассматриваемого случая при параллельном соединении двух элементов будет:
 12 
( P1P2  PQ
1 2  Q1P2 ) 1 2
.
Q1Q2 ( 1   2 )
(105)
Когда анализ выполняют по наработке и времени восстановления
определенной длительности, кроме средних значений параметров, необходим
закон распределения исследуемых величин. Выявление законов распределения наработок на отказ и отказов ситуаций работы электрооборудования
осуществляют аналитическим путем, используя законы распределения наработок на отказ и времени восстановления каждой единицы электрооборудования. Для этого от плотности вероятностей наработок на отказ y) и времени восстановления y) единиц оборудования переходят к вероятностям
наработок P( и времени восстановления P( :
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
106



x
P ( )    dx   ( y)dy ;



x
P ( )    dx   ( y)dy
 (106)
.
(107)
Тогда каждая из ситуаций в общем аспекте может быть представлена в
виде:
P1 ( ) P2 ( )
P21 ( )  P1 ( ) P2 ( )  P1 ( ) P2 ( )
P1 ( ) P2 ( )
при i  2;
при
i  1;
при
i  0.
(108)
Учитывая, что плотность вероятности наработок на отказ представляет
собой вторую производную по  от вероятности, характеризующей действие
наработок, [10,16], получают:
1 d2
 2i ( ) 
P ( ) ,
 2i d 2 2i
(109)
где i=0,1,2 - число одновременно работающих элементов;
 i(
- плотность вероятности длительностей i - ой ситуации ра-
боты электрооборудования.
Практически в производственных условиях оказывается невозможным
собрать статистические данные, позволяющие установить законы распределения значений наработки на отказ параллельного соединения. Поэтому такая задача решается аналитически. Закон распределения значений наработки
на отказ для параллельного соединения двух элементов выразится зависимостью, аналогичной (86):
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
107
f12 ( ) 
где
 22
 20
и
 21
 20
 22

f 22 ( )  21 f 21 ( ) ,
 20
 20
(110)
- вероятность появления ситуаций одновременной
работы двух элементов из двух и одного элемента из двух ;
f22() и f21 - законы распределения соответственно наработок 
и 
Такой подход может быть применен для определения вероятностных
характеристик любого числа параллельно соединенных элементов. В данном
случае используют схему последовательного суммирования характеристик
функционирования электрооборудования. Так, при параллельном соединении
трех элементов первоначально определяют характеристики системы, состоящей из двух элементов, а затем эти характеристики суммируют с параметрами функционирования третьего элемента. При соединении четырех элементов характеристики совместной работы трех суммируются с параметрами
функционирования четвертого элемента, и т.д.
Описанный способ может быть использован в инженерных расчетах,
которые выполняют по средним значениям параметров. Однако, ему присущ
недостаток методов последовательного суммирования, что выражается в возрастании громоздкости расчета с увеличением числа параллельно соединенных элементов.
3.4. Резервирование в системах электроснабжения
Pезервирование является одним из средств повышения надежности системы. Под резервированием понимается применение дополнительных
средств и возможностей для сохранения работоспособного состояния системы при отказе одного или несколько элементов, [14,18]. Параллельное со-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
108
единение можно рассматривать как систему с резервированием. По характеру
нагрузки различают резерв нагруженный, облегченный и ненагруженный.
Нагруженный содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в режиме основного элемента. Облегченный содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме,
чем основной. Для ненагруженного режима характерно наличие резервных
элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения
ими функций основного элемента.
Резервирование бывает также постоянным, динамическим и резервирование замещением.
При постоянном резервировании резервные элементы работают одновременно с рабочими, а нагрузка распределяется между всеми элементами
равномерно. В случае возникновения отказа элементов перестройка структуры системы не происходит. Включение резервных элементов вызывает снижение нагрузки на рабочие элементы и способствует увеличению их ресурса,
однако расходуется ресурс резервных элементов.
При динамическом резервировании в случае возникновении отказа
элемента происходит перестройка структуры системы.
Широко применяется, наряду с перечисленным, резервирование замещением, когда резервный элемент включается вручную или автоматически
только после отказа рабочего элемента. В этом случае резервный элемент не
находится постоянно в работе и практически нет постоянного контроля его
исправности.
По характеру исполнения резервирование различают:
а) структурное - применяют резервные элементы структуры системы;
б) временное - используют резервы времени;
в) информационное - прибегают к резервам информации;
г) функциональное - применяют функциональные резервы;
д) нагрузочное – используют нагрузочные резервы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
109
В соответствии с ПУЭ, [7], резервирование предусматривается для
электроснабжения сельскохозяйственных потребителей первой, второй и части третьей категории по надежности потребителей. Оно, как правило, осуществляется воздушными линиями. Схема внешнего электроснабжения с резервированием по воздушным линиям (ВЛ) или двухсторонним питанием
трансформаторных подстанций (ТП) от воздушных линий при нормальных
погодных условиях в целом обеспечивает надежное питание ответственных
сельскохозяйственных потребителей, [18,23,28]. Однако гололед, грозы, ураганные ветры приводят к авариям на воздушных линиях (падение опор, обрыв проводов на значительных расстояниях). Частота выхода из строя или
повреждения основных и резервных ВЛ при массовых авариях одинакова. В
связи с этим, для обеспечения надежности электроснабжения, кроме сетевого
резервирования, рекомендуется применение автоматизированных резервных
электростанций на базе дизельных агрегатов (ДЭС). Применение дизельных
электростанций можно рассматривать как структурное резервирование.
Структурным резервированием является и использование запасных частей
электрооборудования системы электроснабжения. Такой вид резервирования
относится к ненагруженному резерву.
Структурное резервирование наиболее широко применяемое в сельскохозяйственном производстве. При вводе структурного резервирования время
нарушения в электроснабжении подразделяется на два вида составляющих:
первое - время простоя (паузы), соответствующее времени перехода на резерв з и вызывающее замену отказавшего электрооборудования, второе паузы  длительностью меньшей времени перехода на резервное оборудование, не сопровождающиеся его заменой. Средняя длительность паузы первого вида
З
может быть установлена по статистическим данным, как
среднее арифметическое или на основании плотности распределения продолжительности замены оборудования. Частота следования таких пауз выражается как:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
110

      ( )d ,
(111)
З
где  и  частота и плотность вероятности длительности отказов
электрооборудования.
Частота пауз второго вида определяется:
З
      ( )d
0
.
(112)
Для установления длительности паузы  используют теорему сложения вероятностей:
P         .
(113)
где P - вероятность отказов рабочего электрооборудования;
 и
  - соответственно среднее значение пауз, длительно-
стью больше и меньше времени перехода на резервное оборудование.
Применяя  - преобразование, [19,30,35,38], из анализа исключают
длительности пауз исходного потока меньше  и сократим на величину 
паузы больше  . Тогда среднее значение

 
 (  
З
) ( ) d
З

  ( )d
З
  равно:
 З
.
(114)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
111
Учитывая, что средняя длительность пауз, меньших времени перехода
на резерв, равна среднему значению паузы   , из совместного решения выражений (111) - (114) относительно   будет:

  
    ( ) d
З
З
З

  ( )d
  ( )d
0
З
  ( )d
0
.
(115)
0
Найденные характеристики  З
и   позволяют определить закон
распределения и рассчитать среднюю паузу нарушения в электроснабжении
потребителей. В то же время, средняя пауза может быть найдена и как:
n 

 
З 
  .


(116)
Тогда, время нарушения потребителей в электроснабжении при экспоненциальном законе распределения времени восстановления будет:
 
 п   c 1  e 
з
c
  ,

(117)
где c - среднее время восстановления системы электроснабжения без резерва.
Вероятность отказа потребителей при этом будет
   
Pп  Pc 1  e з c  ,
(118)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
112
где c - вероятность отказов системы электроснабжения потребителей без
резерва .
Наличие структурного резервирования в системе уменьшает время восстановления электрооборудования, воздействуя на продолжительность организационных мероприятий и ликвидацию отказа. Оно является целесообразным в том случае, когда время восстановления основного оборудования оказывается больше времени перехода на резервное оборудование.
Временное резервирование, исключает остановки потребителей от отказов электрооборудования, длительность которых меньше продолжительности включения временного резервирования. Примером временного резервирования являются системы водоснабжения сельского хозяйства. Резервированию подлежит электрическая система насосов скважин воды. Запас времени при этом создается объемом воды в емкости водонапорной башни, обеспечивающим потребителей без перерыва в течение времени  подачи ее.
Наличие емкости уменьшает время использования электрооборудования и
соответственно снижает частоту нарушений в электроснабжении. Вследствие
исключения отказов электрооборудования меньших  частота нарушений
будет:

    С   С ( )d
(119)

где  с и с( - частота и плотность распределения времени работы
рассматриваемой системы .
Средняя длительность таких пауз, [30], определится как:

 
 (
Ñ

  )  Ñ ( )d
  Ñ ( )d

.
(120)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
113
Тогда, вероятность нарушения электроснабжения потребителей при
временном резервировании из-за отказов электрооборудования будет:

P   c   c    c  d ,

(121)
где c - средняя продолжительность отказов системы без временного резервирования.
Продолжительность работы системы с временным резервированием при
экспоненциальном законе [8] распределения наработок на отказ электрооборудования системы равна:
    exp   c  ,
1
(122)
где  - средняя продолжительность работы насосов скважин.
3.5. Технико-экономическое обоснование повышения надежности
системы электроснабжения
Основными частями электроэнергетической системы являются системы генерирования, передачи и распределения электроэнергии. Большое число элементов, из которых состоит система, их многочисленные и сложные
взаимозависимости требуют для расчетов построения таких математических
моделей, которые трудно использовать с разумными затратами сил и машинного времени. Поэтому расчеты показателей надежности проводят отдельно
для каждой из основных частей системы. При этом первоначально рассматривают систему электроснабжения с позиций структуры. Выделяют ее элементы, соединенные в отношении надежности последовательно и параллельно. Параллельное логическое соединение группы элементов, заменяют одним
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
114
эквивалентным элементом. Выполняют оценку структурного нагруженного и
облегченного резервирования. Рассчитывают количественные параметры резервирования, законы распределения случайных величин. Учитывая пар аметры совместного функционирования электрооборудования при его параллельном соединении, резервировании, определяют характеристики работы
последовательного соединения электрооборудования.
После расчета системы электроснабжения, выполняют анализ применения мероприятий по повышению её надежности. Для этого используют
различные средства. Связано это с предотвращением экономического ущерба
за счет уменьшения перерывов в электроснабжении и с дополнительными
затратами на повышающие надежность средства, [4,36,38,73]. Надежность
электроснабжения является оптимальной по достижению максимального
суммарного экономического эффекта.
Для повышения надежности электроснабжения проводят организационно-технические и мероприятия и используют технические средства.
К организационно-техническим мероприятиям относят, [4,20]:
1. Повышение требований к трудовой и производственной дисциплине
эксплуатационного персонала, уровня квалификации персонала.
2. Рациональная организация текущих и капитальных ремонтов и профилактических испытаний, совершенствование их планирования, механизация ремонтных работ и т.д.
3. Совершенствование поиска повреждений, диспетчеризация, телемеханизация, радиосвязь, механизация работ по восстановлению линий.
4. Создание оптимального объема аварийных запасов материалов и
оборудования.
К техническим средствам и мероприятиям по повышению надежности электроснабжения относят:
1. Повышение надежности единиц электрооборудования: опор, проводов, трансформаторов, коммутационной аппаратуры и т.д.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
115
2. Сокращение радиуса действия электрических сетей: разукрупнение
трансформаторных подстанций, сокращение протяженности линий напряжением 10 кВ до не более 15 км.
3. Применение кабельных линий в сельских электрических сетях.
4. Применение сетевого и местного резервирования.
5. Автоматизация сельских электрических сетей, совершенствование
релейной защиты, использование автоматического повторного включения
(АПВ), включения резерва (АВР), секционирования, поиска повреждений,
контроля ненормальных и аварийных режимов, телемеханики.
Выбирают мероприятия по повышению надежности системы электроснабжения. Вновь рассчитывают ее параметры надежности, учитывая категории потребителей.
Средства повышения надежности выбирают в соответствии с Методическими указаниями, [31,38,73]. Рекомендации в Методических указаниях
были выработаны при затратно-стоимоcтной политике 1980-1985гг. На сегодня соотношения себестоимости, цены, ущерба от недополучения продукции
изменились. Поэтому каждое из принятых рекомендаций должно быть оценено на основе технико-экономических расчетов с учетом экономической
эффективности капитальных вложений.
Для вновь сооружаемых объектов общую экономическую эффективность оценивают по показателю рентабельности капитальных вложений,
[4,26,31,73]:
р
( ц  с)
к ,
(123)
где К - сметная стоимость объекта;
Ц и С - соответственно стоимость и себестоимость годового выпуска продукции.
Полученное значение рентабельности Р сопоставляют с соответствующими нормативными показателями, [73], что позволяет судить об абсолютной эффективности рассматриваемых капитальных вложений.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
116
Надежность систем электроснабжения может быть повышена за счет
внедрения различных мероприятий. Каждое из этих мероприятий обуславливает некоторый уровень эффективности и требует определенных, между
собой неравных затрат. Для оценки вариантов используют годовые приведенные затраты:
З  С  ЕнК ,
(124)
где Ен - нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, который равен Е н  1 / Т н ;
Тн - нормативный срок окупаемости.
Приведенные затраты представляют сумму годовых текущих затрат
(себестоимости) и капитальных вложений, приведенных к одинаковой размерности при помощи Ен . Наилучшим из рассматриваемых считают вариант, для которого приведенные затраты минимальны:
С  ЕН К  min .
(125)
Текущие затраты (ежегодные издержки производства) определяют как
сумму амортизационных отчислений на реновацию Ирен , предназначенных
для полного возмещения основных фондов по истечении срока службы;
амортизационных отчислений на капитальный ремонт для частичного восстановления и модернизации оборудования Икр ; зарплату обслуживающего
персонала Из; прочих производственных и внепроизводственных расходов,
включая затраты на материалы смазочные, обтирочные и т.п., текущий р емонт, услуги вспомогательных производств, а также общесетевые Ипроч; затраты на потери электроэнергии Иэ :
С = ИРЕН + ИКР + ИЗ + ИПРОЧ + ИЭ =
= ИА + ИОБС + ИЭ = ИА + И ,
(126)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
117
где ИА=ИРЕН+ИКР - амортизационные отчисления на реновацию и капитальный ремонт;
ИОБС = ИЗ +ИПРОЧ - затраты на обслуживание;
И = ИЗ+ИПРОЧ+ИЭ - текущие затраты без суммарных амортизационных
отчислений на реновацию и капитальный ремонт.
Капитальные затраты зависят от большого числа факторов: номинальных напряжений, числа и мощности подстанций, длины линий, марки и площади поперечного сечения используемых для них проводов, материала и
конструкции опор, сетевого оборудования и т.п., [4,15,26,32,33].
Основными составляющими капитальных затрат являются:
К=КЛ + КПС + КВЯ ,
(127)
где Кл - суммарные капитальные затраты (стоимость) на электрические
линии;
Кпс - суммарные капитальные затраты на подстанции;
Квя - суммарные капитальные затраты на выходную ячейку с выключателем в распределительном устройстве 35...110 кВ системы, от которой отходит линия, питающая подстанцию 35...110/10 кВ, если стоимость этой ячейки требуется отдельно учесть при расчетах.
Для расчета капитальных затрат по составляющим обычно используют
усредненные данные о стоимости сетей, [4,15,73].
Текущие затраты (годовые эксплуатационные расходы) включают издержки на амортизацию и на потери электроэнергии, (127).
Издержки на амортизацию ИА для каждого из вариантов сети определяют суммированием издержек на n соответствующих элементов сети:
n
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
118
ИА PаiКi/100),
(128)
i=1
где Р аi - норма амортизационных отчислений i-го элемента сети ,%;
Кi - капиталовложения в i - й элемент.
Издержки на обслуживание сетей включают расходы на зарплату обслуживающего персонала и прочие производственные и внепроизводственные расходы, в первую очередь общесетевые расходы и затраты на текущий
ремонт. При этом затраты на обслуживание определяют суммированием издержек для соответствующих элементов сетей:
n
Иобс = nуе ,
(129)
i=1
где  - издержки на обслуживание одной условной единицы ;
nуе - сумма условных единиц по обслуживанию элементов сетей,
[4,15,73].
Cтоимость потери электрической энергии также определяют для каждого
варианта
сети
в
соответствующих
элементах.
При технико-
экономическом сравнении вариантов потери энергии учитывают как в новых, так и в существующих элементах сетей, так как новые линии и подстанции могут приводить к перераспределению нагрузок в действующих сетях.
Для расчета издержек на потери электроэнергии в линиях Иэл и трансформаторах Иэт используют следующие выражения, [4,15,20,73]:
Иэл=(Sp/Uн)2r0lсп10–5 ,
Иэт=[(Sp/Sн)2Pкск + PхТвсх]10–2 ,
(130)
(131)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
119
где S p - расчетная электрическая нагрузка элемента сети, кВА;
Uн - номинальное напряжение линии электропередачи, кВ;
ro - удельное активное сопротивление проводов линии, Ом/км;
l - расчетная длина линии электропередачи с нагрузкой S p , км;
cл, c к , с х - удельные затраты на потери электроэнергии соответственно в линиях, обмотках трансформаторов (потери к.з.) и в стали трансформаторов ( потери холостого хода), руб на 1 кВт ч;
 - время потерь, ч в год;
Sн - номинальная мощность трансформатора, кВА;
Pк - номинальные потери в обмотках трансформаторов (потери
к.з.), кВт;
Pх - номинальные потери в стали трансформаторов (потери холостого хода), кВт;
Тв - продолжительность включенного состояния трансформатора
при работе круглый год , Т в = 8760 ч.
Учитывая выражения (123) - (131) для каждого варианта (мероприятия) повышения надежности электроснабжения определяют приведенные затраты. Сравнивая полученные величины, судят о целесообразности внедрения рассматриваемого мероприятия. В последние годы увеличивается энерговооруженность сельского хозяйства, расширяется производство сельскохозяйственной продукции на промышленной основе. Вследствие этого перерывы в электроснабжении наносят более значительный ущерб. Поэтому к обеспечению надежности электроснабжения необходимо предъявлять еще более
жесткие требования.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
120
4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМ И
ОБОРУДОВАНИЯ
4.1. Основные понятия, термины и определения
Определения основных терминов базируются на материалах действующих
ГОСТов, стандартов, инструкций, а также терминологии, сложившейся и принятой
в научно-технической литературе по техническому обслуживанию и ремонту энергетического и технологического оборудования (табл.7).
Таблица 7.
Термины и определения
№
Термин
п/п
1 Авария
Иноязычный
эквивалент
(английский
язык)
Accident
Сущность понятия
Повреждение оборудования, приведшее
к нарушению в его работе серьезному
изменению параметров электроснабже-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
121
ния потребителей
2
Документа-
Operating
Комплект рабочих чертежей, разрабо-
ция испол-
set of doc-
танных
нительная
uments
надписями о соответствии выполненных
проектной
организацией,
с
в натуре работ этим чертежам или внесенным в них изменениям, сделанными
лицами, ответственными за производство работ
3 Документация эксплуа-
Instruction
Документы, предназначенные для ис-
manuals
пользования при производственной экс-
тационная
плуатации, техническом обслуживании
и ремонте, такие как:
а) техническое описание;
б) инструкция по эксплуатации;
в) инструкция по техническому обслуживанию;
г) формуляр;
д) паспорт;
е) ведомость запасных частей, инструмента и принадлежностей.
4 Допуск
Access
Мероприятие, обеспечивающее правильность подготовки рабочего места, достаточность принятых мер безопасности,
необходимых для производства работы,
и соответствие их характеру и месту работы по наряду или распоряжению.
5 Наряд
Order
Составленное на специальном бланке
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
122
задание на безопасное проведение работы, определяющее ее содержание, место,
время начала и окончания, необходимые
меры безопасности, состав бригады и
лиц, ответственных за безопасное выполнение работы
6 Оборудование
электрохозяйства
Power equipment
Совокупность электротехнических установок, машин, аппаратов и линий электропередачи, предназначенных для выработки, преобразования и распределения электроэнергии
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
123
7 Персонал
Electric staff
Административно-управленческий
персонал
и
энергохо-
производственный
отдела
зяйства пред-
главного энергетика, энергоремонтной
приятия (энер-
базы, дежурных и оперативных групп
гетический
персонал)
8 Персонал эксплуата-
Production
staff
ционный
Часть персонала энергохозяйства предприятия, использующая (эксплуатирующая) и обеспечивающая работу оборудования энергохозяйства предприятия.
9 Ремонт
Repair
Комплекс операций по восстановлению
исправности или работоспособности изделий и восстановлению ресурса изделий
или их составных частей
10 Текущий ремонт
Running repairs
Ремонт, выполняемый для обеспечения
или восстановления работоспособности
изделия и состоящий в замене и (или)
восстановлении отдельных частей
11 Капитальный
Full repair
ремонт
Ремонт, выполняемый для восстановления исправности и полного или близкого
к полному восстановления ресурса изделия с заменой или восстановлением
любых его частей, включая базовые
12 Неплановый
ремонт
Emergency
maintenance
Ремонт, постановка изделий на который,
осуществляется без предварительного
назначения
13 Плановый
ремонт
Scheduled
repair
Ремонт, постановка на который осуществляется в соответствии с требованиями нормативно-технической документации
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
124
14 Ремонт по
Repair by engineering staтехническому
tus
состоянию
Плановый ремонт, при котором контроль технического состояния выполняется с периодичностью и объемом, установленными в нормативно-технической
документации, а объем и момент начала
ремонта определятся техническим состоянием изделия.
15 Система тех-
Совокупность
взаимосвязанных
Maintenance
service and
нического
equipment
обслуживания repair
средств, документации технического об-
и ремонта
необходимых для поддержания и вос-
оборудования
становления качества изделий, входя-
(Система ТО-
щих в эту систему
служивания и ремонта и исполнителей,
РО)
16 Техническое
обслуживание
Maintenance
service
Комплекс операций или операция по
поддержанию работоспособности или
исправности изделия при использовании
по назначению, ожидании, хранении и
транспортировании
17 Периодичность тех-
18
Maintenance
intervals
Интервал времени или наработки между данным видом технического обслу-
нического
живания (ремонта) и последующим та-
обслуживания
ким же видом или другим большей
(ремонта)
сложности
Продолжительность
Active technician time
технического
Календарное время проведения одного
технического обслуживания (ремонта)
данного вида
обслуживания
(ремонта)
19 Трудоемкость Maintenance
Трудозатраты на проведение одного
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
125
технического
burden
обслуживания
технического обслуживания (ремонта)
данного вида
(ремонта
4.2. Производственная эксплуатация электроэнергетического
оборудования
Прием и ввод в эксплуатацию электроэнергетического оборудования
производят комиссией, в которую входят руководители службы главного
энергетика подразделения, где будет использоваться оборудование. В зависимости от вида и назначения оборудования в неё могут включать начальника смены или мастера подразделения, эксплуатирующего данное оборудование, а также представителя Государственного надзора, [18,39,40].
Перед приемкой сложного оборудования в эксплуатацию проводят
наладочные и приемосдаточные испытания и измерения отдельных систем,
частей, механизмов, приборов, если это обусловлено инструкциями или
энергетический комплекс сдается подрядчиком строительных или монтажных работ. Перед испытаниями проверяют наличие сертификатов на оборудование, выполнение нормативных документов, требований ПУЭ, ПТБ,
СНиП и госстандартов.
По результатам испытаний оборудования составляют акт приемки - передачи его по месту эксплуатации. Не допускают приемку в эксплуатацию
оборудования с дефектами и недоделками.
Принятое электрооборудование передают в соответствующее подразделение для эксплуатации и ставят на балансовый учет (в бухгалтерии предприятия), ему присваивают инвентарный номер и оформляют карточку или
записывают в журнал.
Все электроэнергетическое оборудование, находящееся на балансе
предприятия, подлежит обязательному учету. Документы по учету должны
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
126
отражать местонахождение и состояние его, устанавливать необходимость
проведения ремонтно-профилактических работ на любой момент времени.
Основным документом технического состояния электрооборудования
является учетно-контрольная карта. Её составляют на основании данных о
техническом состоянии оборудования к моменту эксплуатации и включают
сведения о его местонахождении, проведении плановых и аварийных ремонтов, записанных в хронологическом порядке. В последующем исходными
данными заполнения карты служат ведомости дефектов и сметы затрат.
Учетно-контрольную карту оформляют в одном экземпляре на каждое
электрическое оборудование.
Регулярные записи в учетно-контрольных картах дают возможность
оценивать техническое состояние основного электрического оборудования,
обоснованно и точно определять годовую потребность в сменных элементах
(агрегатах и узлах) и приборах для замены изношенных и облегчает составление заявок.
Эксплуатацию электрооборудования осуществляют в соответствии с
требованиями Правил технической эксплуатации, а также отраслевых нормативных документов, в которых изложены организационные и технические
требования к эксплуатации электрооборудования. Им должны соответствовать все действующие на предприятии нормативные технические документы
по электротехническому электрооборудованию.
Независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности
предприятий (государственные, акционерные, кооперативные, индивидуальные и т. д.) при использовании электрооборудования для производства товаров и оказания услуг организуют такую эксплуатацию, которая обеспечит
техническую исправность оборудования в течение всего срока его службы.
Эксплуатация электрооборудования предусматривает, [18,39,40]:
а) разработку должностных и производственных инструкций для персонала электротехнической службы;
б) набор, обучение и оптимальную расстановку кадров;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
127
в) проверку работников на знание техники безопасности, должностных
и производственных инструкций, правил эксплуатации электрооборудования;
г) содержание оборудования в исправном состоянии, своевременное обслуживание и ремонт;
д) исключение отрицательного влияния на окружающую среду при эксплуатации электрооборудования;
е) организацию достоверного учета и объективного анализа нарушений
в работе электрооборудования;
ж) принятие мер по установлению причин возникновения несчастных
случаев;
з) выполнение предписаний органов государственного надзора.
При эксплуатации электрооборудования двумя (и более) предприятиями между ними заключают договор, в котором оговаривают конкретные обязанности по содержанию в исправном состоянии находящегося в их распоряжении оборудования и порядок пользования им.
По решению руководителя предприятия непосредственно эксплуатацию
энергетического оборудования осуществляет оперативный электротехнический персонал.
При необходимости эксплуатация части электрооборудования может
быть возложена на технологический персонал.
Руководители оперативного и оперативно-ремонтного персонала,
должны иметь квалификационную группу по безопасности не ниже, чем у
подчиненных. Они осуществляют техническое руководство и контроль за
работой.
Должности инженерно-технического персонала, которым необходимо
иметь соответствующую группу по безопасности, утверждает руководитель
предприятия.
К работе на электроустановках не допускают лиц, не достигших 18летнего возраста, [18,39,40]. К самостоятельной работе не допускают практи-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
128
кантов ВУЗов и техникумов. Они могут находится на рабочих местах только
со специалистом, имеющим соответствующую группу безопасности — не
ниже III группы.
До назначения на самостоятельную работу или при переходе на другую
работу (должность), а также при перерыве в работе свыше одного года, работник обязан пройти медицинское освидетельствование и обучение на рабочем месте.
После обучения проверяют знания претендентов и им присваивают соответствующую группу безопасности.
Кроме этого, каждый работник должен пройти стажировку на рабочем
месте продолжительностью не менее двух недель под руководством опытного специалиста, после чего его допускают к самостоятельной работе. Допуск
к стажировке и самостоятельной работе для инженерно-технического персонала оформляют распоряжением по предприятию, для рабочих - распоряжением по подразделению.
Перед допуском к самостоятельной работе проводят первичную проверку знаний правил, должностных и производственных инструкций в соответствии с ПЭЭП. Очередную проверку знаний правил проводят для оперативного и оперативно- ремонтного персонала один раз в год, а для инженернотехнического персонала - один раз в три года;
При нарушении правил и инструкций, по требованию руководителей
отдела главного энергетика (главного инженера) или службы энергонадзора
проводят внеочередную проверку знаний.
Работники, не выдержавшие проверку знаний, повторно экзаменуются
не ранее двух недель и не позднее одного месяца со дня последней проверки.
Специалиста, получившего неудовлетворительную оценку при третьей
проверке знаний, отстраняют от работы, договор с ним расторгают из-за его
недостаточной квалификации.
У инженерно-технического персонала знания проверяет комиссия с участием инспектора местного управления службы энергонадзора, у остального
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
129
персонала - комиссия, которую определяет руководитель предприятия. Результаты заносят в журнал определенной формы и подписывают члены комиссии.
Специалистам, успешно прошедшим проверку знаний по электробезопасности, выдают удостоверение установленной формы.
В зависимости от характера производства, вида и назначения оборудования закрепляют за оперативными, оперативно-ремонтными и технологическими службами. Они соблюдают установленный режим работы оборудования. Содержат его в исправности по контрольно-измерительным приборам,
визуально и на слух следят за его работой, не допускают перегрузок, вредного воздействия, повышенные вибрации, температурные изменения на
строительные конструкции. Своевременно производят смазку, контролируют
её циркуляцию, степень нагрева подшипников и предотвращают утечки
масла. При прекращении подачи масла в системах, не имеющих блокировки
и появлении признаков неисправностей, ведущих к отказу или создающих
опасность для здоровья или жизни людей, немедленно останавливают электрооборудование и о происшествии докладывают мастеру.
Электрооборудование закрепляет за персоналом начальник подразделения (участка) и, являясь ответственным, организует его правильную эксплуатацию, в частности, контролирует своевременную и качественную смазку,
регулировками, уборку и чистку оборудования, в том числе при передаче его
в ремонт, [42,45].
Ответственность за неправильную эксплуатацию оборудования, тем более приведшую к отказам и авариям, несут непосредственные виновники в
соответствии с действующим законодательством.
Основной задачей обслуживающего персонала является быстрое и качественное восстановление работоспособности оборудования. Он несет персональную ответственность за поломки и отказы оборудования, возникшие
по его вине.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
130
Временно неиспользуемое оборудование консервируют и хранят на месте установки, а неустановленное — на складах. Перед консервацией оборудование очищают от загрязнений, сливают масла и охлаждающие жидкости,
после чего спускные краны и вентили оставляют в положении «Открыто».
В электрохозяйстве предприятия и его подразделениях организуют (по
установленным формам) учет показателей работы электрооборудования
(сменный, суточный, месячный, квартальный, годовой), результаты которого
используют для последующего анализа и оценки экономичности и надежности электрооборудования.
Руководители предприятий, служб, цехов обеспечивают достоверность
показаний контрольно-измерительных средств и систем, правильную постановку учета и отчетности в соответствии с действующей нормативно- технической документацией.
На предприятии организуют анализ технико-экономических показателей
работы электрохозяйства для оценки ее и соответствия нормируемых и фактических
результатов,
эффективности
проводимых
организационно-
технических мероприятий. Целью анализа является принятие плановых решений по улучшению работы электрохозяйства предприятия, каждого подразделения, цеха, участка, смены.
На основании анализа разрабатывают мероприятия по повышению
надежности, экономичности и безопасности электроснабжения предприятия
и его отдельных структурных подразделений.
Диспетчерское управление системой электроснабжения организуют по
иерархической структуре - распределение функций оперативного контроля и
управления между уровнями, а также подчиненность нижестоящих уровней
управления вышестоящим.
При ликвидации аварийных нарушений оперативно-диспетчерское
управление нацеливают на проведение мероприятий, предотвращающих поражение персонала электрическим током и повреждение оборудования, не
затронутого аварией, скорейшее восстановление электроснабжения потреби-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
131
телей и параметров электрических энергоносителей. Выясняют состояние
отключившегося и отключенного оборудования. При отсутствии неисправностей его включают в работу. Разрабатывают надежную послеаварийную
схему системы электроснабжения предприятия в целом и отдельных его частей.
Срок службы оборудования - это календарное время эксплуатации, в течении которого происходит моральный и физический износ оборудования.
Нормативный срок службы устанавливают на основе единых норм амортизационных отчислений на полное восстановление основных фондов.
Их устанавливают по группам и видам основных фондов и исчисляют в
процентах, они являются обязательными для применения всеми предприятиями, объединениями и организациями, независимо от их ведомственной подчиненности и формы собственности.
Общая норма амортизации за период эксплуатации оборудования составляет 100%, [73]. Нормативный срок службы оборудования определяют
как частное от деления общей нормы амортизации на норму годовых амортизационных отчислений.
Энергетическое оборудование с истекшим амортизационным сроком
или пришедшее в негодность вследствие аварии, или полностью утратившее
производственное назначение снимают с эксплуатации и списывают.
Допускается списание оборудования, не отработавшего установленный
срок службы, если выявлены дефекты базовых деталей, которые не могут
быть устранены при ремонте, а их замена новыми экономически невыгодна.
Расследования нарушений в работе электрооборудования проводят по
«Типовой инструкции по расследованию и учету нарушений в работе энергетического хозяйства потребителей электрической и тепловой энергии», [74].
Она устанавливает единые требования при расследовании нарушений в работе и повреждений энергетического оборудования и сооружений.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
132
Расследование, учет и анализ нарушений нормального режима работы
энергетического хозяйства позволяют установить причины и виновников
нарушений.
После тщательного, технически квалифицированного расследования
разрабатывают мероприятия по восстановлению работоспособности поврежденного оборудования, оценивают экономический ущерб потребителя и
(или) энергоснабжающей организации.
Анализируя полную и достоверную информацию о нарушении нормального режима работы оборудования, сетей и сооружений, проводят мероприятия по предупреждению нарушений в работе энергетического хозяйства,
повышению ответственности эксплуатационного персонала и работников
электрической службы предприятий, на которых произошел сбой, а также
персонала других предприятий за обеспечение надежного электроснабжения.
Все отказы в работе электрооборудования расследуют, устанавливают
причины и виновников, после чего разрабатывают конкретные противоаварийные мероприятия по предупреждению отказов.
Расследование начинают сразу после выявления нарушений и заканчивают в течении десяти дней. При необходимости по просьбе предприятия
срок продлевает руководство вышестоящей организации.
При нарушениях, возникших по вине ряда предприятий, расследование
проводят при обязательном их участии. В случае отказа сторонней организации принять участие в расследовании к акту расследования прилагаются документы об отказе представителей.
При расследовании нарушения в работе энергетического хозяйства составляют акт, с полной информацией о нем. Акт подписывают председатель
и члены комиссии, а утверждает главный инженер предприятия.
Руководитель предприятия не позднее пяти дней после расследования
нарушения в работе энергетического хозяйства по вине персонала этого
предприятия издает приказ с перечнем мероприятий по предупреждению
нарушений и мер наказания виновных. Одновременно в установленном по-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
133
рядке предъявляют претензии и рекламации, если нарушения в работе энергетического хозяйства произошло по вине других организаций или сторонних лиц.
Все отказы в работе, возникающие на объектах электрического хозяйства предприятия, регистрируют в журнале учета аварий и отказов, который
ведется со дня приемки оборудования в промышленную эксплуатацию предприятия по акту рабочей комиссии.
4.3. Техническое обслуживание оборудования
Техническое обслуживание оборудования является основным и решающим профилактическим мероприятием для обеспечения надежной его работы и сокращения объема ремонтных работ. Оно включает в себя надзор за
работой оборудования, уход и его содержание в исправном состоянии, проведение плановых технических осмотров и испытаний (промывок, чисток,
продувок и т. д.).
Оборудование обслуживают во время его работы, в перерывах, нерабочие дни и смены и при кратковременной остановки оборудования (отключение сетей) в соответствии с местными инструкциями, [4,39,40,73] .
Техническое обслуживание производят в соответствии с инструкцией
завода-изготовителя. При ее отсутствии на предприятии разрабатывают и
утверждают правила технической эксплуатации.
Техническое обслуживание подразделяют на регламентированное и
нерегламентированное. Нерегламентированное техническое обслуживание включает в себя надзор за работой оборудования, эксплуатационный
уход и содержание его в исправном состоянии, [40,48,52,56,58].
При таком обслуживании работу оборудования осуществляют согласно
инструкции завода-изготовителя, а загрузку в соответствии с паспортными
данными, не допуская перегрузки, кроме режимов, оговоренных инструкцией по эксплуатации.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
134
Нерегламентированное обслуживание предусматривает: соблюдение
установленных режимов работы электрических сетей и правил включения и
отключения их, проверку исправностей заземлений, а также соблюдение порядка остановки энергетических агрегатов, установленного инструкцией по
эксплуатации завода-изготовителя, поддержание необходимого температурного режима деталей и узлов оборудования, контактных и трущихся поверхностей, проверку состояния масляных и охлаждающих систем, продувку
и дренаж их.
Проводят необходимую смазку, чистку, осматривают и устанавливают
степень изношенности узлов и деталей и при необходимости их меняют.
В группу нерегламентированного обслуживания входят осмотр подтекания жидкостей и выхода газов, состояния тепловой изоляции и противокоррозионной защиты, ограждающих устройств, а также уборка помещения,
в котором эксплуатируется электрооборудование.
При обнаружении ненормальностей ведущих к отказу оборудование
останавливают и принимают меры по выявлению и устранению неисправностей.
При нерегламентированном техническом обслуживании сведения о неисправностях обнаруженные в работе оборудования записывают в «Журнале
по учету выявленных дефектов и работ технического обслуживания» опер ативного и ремонтно-оперативного персонала. Руководители структурных
подразделений обязаны регулярно просматривать журнал и в кратчайшие
сроки принимать меры по устранению неисправностей отмеченных в нем.
Регламентированное техническое обслуживание проводится в сроки,
установленные в эксплуатационной документации. Его планируют по месячному плану-графику, который разрабатывают в энергетической службе предприятия на основе ПТЭ, ПТБ и инструкций заводов-изготовителей энергетического оборудования и реализуют в форме плановых технических обслуживаний (осмотров, проверок, испытаний различных видов). Продолжитель-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
135
ность и трудоемкость регламентированного технического обслуживания не
превышают аналогичные показатели для текущего ремонта.
Плановые технические обслуживания назначают только для отдельных
видов энергетического оборудования и сетей. При этом проверяют техническое состояние оборудования, проводят чистку, смазку, продувку систем,
добавку или смену изоляционных материалов и смазочных масел, выявляют
дефекты эксплуатации.
Обнаруженные нарушения и дефекты узлов и деталей, которые не требуют немедленной остановки для их устранения, записывают в «Ремонтный
журнал». Если при дальнейшей эксплуатации отклонения в состоянии оборудования могут нарушить его работоспособность или безопасность работников, их немедленно устраняют.
Частным случаем регламентированного технического обслуживания являются плановые технические осмотры энергетического оборудования инженерно-техническим персоналом, [48,52,56,58,64,71].
При этом проверяют полноту и качество выполненных оперативным и
ремонтно-эксплуатационным персоналом работ по техническому обслуживанию энергетического оборудования, выявляют неисправности, приводящие к поломке и отказу электрооборудования, устанавливают техническое состояние наиболее ответственных деталей и узлов машин, уточнения
объема и вида предстоящего ремонта.
Проверки планируют лишь для наиболее важного и ценного энергетического оборудования. Осуществляют контроль за нарушениями правил безопасности, надежностью и безопасностью обслуживания оборудования и сетей при их эксплуатации, своевременным обнаружением и предупреждением
возникновения аварийной ситуации, проводят испытания электрической
прочности и измерения сопротивлений электрической изоляции.
В результате уточняют содержание и объемы работ, подлежащих выполнению при очередном капитальном или текущем ремонте.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
136
Количество проверок и состав проверяющих комиссий определяется
соответствующими правилами и инструкциями. В ряде случаев проводят
проверки точности параметров, установленных технологическими требованиями (выходные параметры преобразователей, степень неуравновешенности роторов электродвигателей для прецизионного оборудования).
Их называют проверками на прочность.
Проверки большей части оборудования и сетей не планируют как самостоятельные операции, а совмещают с осмотром и плановыми ремонтами.
Проверки включают в себя тщательный осмотр. Во время проверок выполняют небольшие объемы регулировочных и наладочных работ.
4.4. Типовая номенклатура технического обслуживания электрооборудования
Методическое руководство технического обслуживания, контроль за
состоянием оборудования и сетей графики плановых технических осмотров,
проверок, испытаний электрооборудования и т. п. разрабатывают отделом
главного энергетика, согласно нормативно-технической документации,
[39,40,48,52,58].
Финансирование технического обслуживания электрического оборудования и сетей производят из средств ремонтного фонда предприятия.
Плановые затраты на техническое обслуживание электрического оборудования и сетей группируют по статьям расходов, таким как: заработная
плата (для рабочих) по тарифу, материалы, полуфабрикаты и покупные изделия, расходы структурного подразделения по управлению и обслуживанию производства.
Методические указания по техническому обслуживанию и ремонту
электрических машин, силовых трансформаторов, электрических сетей,
устройств релейной защиты и автоматики, электрических аппаратов низкого
и высокого напряжения, аккумуляторных батарей, электроизмерительных
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
137
приборов, средств связи и сигнализации, электросварочного оборудования,
разрабатывают с учетом их индивидуального применения и в составе технологических комплексов.
Рекомендации по техническому обслуживанию и ремонту, нормативы
периодичности, продолжительности и трудозатраты ремонта, нормы расхода
материалов и запасных частей на ремонт каждого из перечисленных типов
оборудования, кроме устройств релейной защиты и автоматики, разрабатывают по единой схеме для удобства их использования.
Периодичность ремонта электротехнического оборудования максимально возможно сближают с периодичностью ремонта технологических комплексов, с которыми оно конструктивно объединено или взаимодействует.
Страховой запас электротехнического оборудования, запчастей к нему и
материалов устанавливают из расчета обеспечения восстановления работоспособности отказавшего оборудования в кратчайшие сроки и с минимальными потерями (затратами).
Типовую номенклатуру ремонтных работ, устанавливают с учетом ремонтных нормативов, норм расхода материалов и запасных частей на ремонт
электротехнического оборудования, [39,40].
Техническое обслуживание (нерегламентированное и регламентированное) электрических машин, находящихся в эксплуатации, включает в себя
мелкий ремонт, не требующий специальной остановки машины. Его проводят во время перерывов в работе технологических установок для своевременного исправления незначительных дефектов, таких как: подтяжка контактов и креплений; смена щеток; регулировка траверс, устройств, обеспечивающих выходные параметры генераторов, преобразователей; регулировка защиты, протирка и чистка доступных частей машины: наружных поверхностей, колец, коллекторов и т. д.
Повседневно контролируют выполнение правил эксплуатации и инструкций заводов- изготовителей, в частности нагрузку, температуру подшипников, обмоток и корпуса, а для машин с замкнутой системой вентиля-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
138
ции - температуру входящего и выходящего воздуха. Проверяют отсутствие
искрения на коллекторах и кольцах, шумы и гул, наличие смазки, исправность заземления, отключение электромашин в аварийных ситуациях.
К техническому обслуживанию относят и участие в приемо-сдаточных
испытаниях после монтажа, ремонта и наладки электрических машин и систем их защиты и управления.
У взрывозащищенных электродвигателей дополнительно проверяют состояние взрывонепроницаемой оболочки; затяжку креплений болтов, гаек,
охранных колец; исправность вводных устройств, наличие элементов уплотнения и закрепления кабелей.
У электродвигателей, работающих в подземном варианте, чистят дренажные отверстия во фланцах для выпуска масла и проверяют вывинчивание
винтов нижних смазочных отверстий, системы подвода и отвода воды,
наличие уплотнительных резиновых колец, заглушек и изоляторов, токоведущих зажимов вводных устройств и кабелей всех размеров.
В группу электрических аппаратов общепромышленного назначения
напряжением до 1000 В входят: рубильники и переключатели, выключатели и переключатели пакетные, контакторы, пускатели магнитные, автоматические воздушные выключатели, командоаппараты, контроллеры и командоконтроллеры, кнопки и станции управления, ящики сопротивления,
реостаты, электромагниты подъемные и тормозные, магнитные плиты, муфты электромагнитные, щитки осветительные, электроосветительная арматура, пункты распределительные.
При их техническом обслуживании проводят: чистку аппаратов, контактов от грязи и наплывов, замену предохранителей и плавких вставок; проверку соответствия аппаратов условиям эксплуатации и нагрузке, исправности подключенной к аппаратам электропроводки и сетей заземления, кожухов, рукояток, замков, ручек и другой арматуры, уровня и температуры масла, отсутствия течи и доливку масла (при необходимости), нагрева элементов сопротивления, контактов во всех пускорегулирующих аппаратах,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
139
наличия соответствующих надписей на щитках, панелях и аппаратах, нагревательных элементов и тепловых реле и их соответствие номинальному току
токоприемника, исправности механической блокировки, регулирования одновременности включения и отключения ножей рубильников и переключателей, работы сигнальных устройств и целостности пломб на реле и других
аппаратах, наличия резервных элементов и запасных частей для технического обслуживания и ремонта; наружный и внутренний осмотр аппаратов и
ликвидацию видимых повреждений, наружный осмотр взрывонепроницаемой оболочки (для аппаратов во взрывозащищенном исполнении); затяжку
крепежных деталей.
Техническое обслуживание силовых трансформаторов предусматривает
осмотры очередные и внеочередные. При очередных осмотрах трансформаторы не отключают.
Электроустановки с постоянным дежурным персоналом осматривают
раз в сутки, а установки без постоянного дежурного персонала - не реже чем
раз в месяц, на трансформаторных пунктах - раз в 6 месяцев.
Указанные сроки осмотров трансформаторов без отключения могут изменяться ответственным за электрохозяйство, в зависимости от условий,
конструкции и состояния силовых трансформаторов.
Внеочередные осмотры трансформаторов проводят при срабатывании
газовой или дифференциальной защиты и каждом отключении трансформатора, а также при резком изменении температуры окружающей среды.
В электроустановках многих предприятий используют электрические
аккумуляторные батареи, в частности, кислотные свинцовые батареи для
стационарных установок емкостью 72—2304 Ач при 10-часовом разряде и
напряжением 12; 24; 48; 60; 110 и 220 В, а также щелочные аккумуляторные
батареи кадмиево-никелевые и железо- никелевые напряжением 12,5—60 В
и емкостью 60—950 Ач.
При техническом обслуживании аккумуляторных батарей проверяют целостность банок, наличие и исправность перемычек, отсутствие течи элек-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
140
тролита, измеряют плотность и уровень его и при необходимости доводят до
нормы. Чистят вентиляционные отверстия в крышках аккумуляторов, все токопроводящие части от окисления и солей и смазывают их техническим вазелином.
Электрические аппараты, техническое состояние которых не соответствует требованиям техники безопасности или имеющие отклонения от допустимых пределов, заменяют или ремонтируют.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
141
5. ХАРАКТЕРИСТИКА НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ЭНЕРГОСНАБЖАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ РЯЗАНСКОГО РЕГИОНА
5.1. Характеристика работы энергоснабжающих предприятий
Рязанского региона
Основными технико-экономическими показателями работы любого
энергоснабжающего предприятия являются: объемы покупки и реализации
электрической энергии (кВтч), ее потери (кВтч и % от объема полученной
энергии), установленные мощности силовых трансформаторов (кВА), протяженность кабельных и воздушных линий электропередачи, обеспечивающих реализацию электроэнергии.
Предприятия Рязанского региона интенсивно развиваются. Так, за последние пятнадцать лет объем покупки электрической энергии увеличился
на 38,2% (в год на 3,8% ). Рост реализации электроэнергии составляет около
2,5% от достигнутого за предшествующий год (рис.15). Незначительные
уменьшения объемов реализации электроэнергии были в 2003,2006, 2008 и
2011 годах.
1,4
1,2
1
Изменение 0,8
потребления
мощности, % 0,6
0,4
0,2
0
Год
Рис.15. Потребление электрической мощности (по отношению к 2000 г.)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
142
К сожалению, также возросли и потери электрической энергии. Их рост
наблюдался с 1997 года по 2003 год. В 2000 году составил почти 20%, а в
2003 году превысил 30% (рисунок 16).
16
14
12
10
Потери,% 8
6
4
2
0
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
год
Рис. 16. Потери электрической энергии
Период роста потери электроэнергии характеризуется нарушением договорных обязательств между энергоснабжающим предприятием и потребителями, ликвидацией многих предприятий и организаций, значительным
снижением платежеспособности населения, увеличением случаев несанкционированного потребления электрической энергии, открытого ее хищения,
дальнейшим старением основного электрического оборудования. При этом
произошло увеличение, как коммерческой составляющей потери электрической энергии, так и технологического ее расхода.
За последние десять лет выросли установленные мощности силовых
трансформаторов, находящихся в эксплуатации (рис. 17).
Суммарная установленная мощность силовых трансформаторов возросла с 1999 года до 2010 года на 35-40 %. В период с 1994 года по 1999 год
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
143
рост был 5,5%, около 1% в год. Начиная с 2000 года, прирост мощности р авен около 34%, то есть 5% в год.
1,6
1,4
1,2
1
прирост мощности
трансформаторов, 0,8
%
0,6
0,4
0,2
0
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2010
Год
Рис.17. Прирост установленной мощности силовых трансформаторов
Произошли изменения и в кабельных линиях электропередачи, находящихся в эксплуатации. Протяженность их возросла на 27% (рис.18). При
этом рост линий напряжением 6-10кВ незначительный (4,5%). Увеличение
кабельных линий напряжением 0,4 кВ по своим темпам превосходит увеличение линий напряжением 6-10 кВ и составляет 56% от общей протяженности таких линий в 1994 году (5,5% ежегодно). Наиболее интенсивно сеть кабельных линий строилась с 2000 года. За период 2000-2005 годы прирост их
составил 30% (более 6 % в год).
Протяженность воздушных линий электропередачи, находящихся в
эксплуатации, за последние десять лет возросла на 9,7%. Интенсивное увеличение их наблюдается с 1999 года. Протяженность воздушных линий
напряжением 6-10 кВ вводимых за год уменьшилась на 33%, а напряжением
0,4 кВ возросла на 21%.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
144
1200
1000
800
протяженность, %
600
400
200
0
1940 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
год
Рис.18. Протяженность вводимых кабельных линий
по годам в % к 1940 году
Изменение объема реализации электрической энергии к установленной
мощности силовых трансформаторов, находящихся в эксплуатации, по годам, позволяющее оценить эффективность использования на предприятиях
силовых трансформаторов, (рис.19) показывает, что это соотношение резко
уменьшается, [70]. За десять лет уменьшение составило около 9%, то есть
почти 1% в год. Причем резкое уменьшение этого соотношения происходило
в период 1999 – 2002 годы, а с 2003 года наметился незначительный его рост.
Такое изменение соотношения объема реализации электрической энергии к установленной мощности силовых трансформаторов по годам свидетельствует о снижении количества кВтч реализуемой электроэнергии на каждый кВА установленной мощности силового трансформатора. Следовательно, ежегодно уменьшается коэффициент загрузки силовых трансформаторов.
Аналогичная картина наблюдается и для кабельных линий электропередачи. Снижение линии тренда этого отношения за десять лет происходит на 2
%. Ежегодно на каждый километр протяженности кабельных линий происходит уменьшение объема реализованной энергии (кВтч).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
145
1
0,9
0,8
0,7
0,6
% 0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1995
2000
2005
2010
год
Рис.19. Изменение соотношения объема реализации электрической
энергии и установленной мощности (%) силовых трансформаторов по годам
Наблюдается изменение соотношения объема реализации электрической
энергии к протяженности воздушных линий электропередачи. Рост его составил около 12%. Увеличение до 14% особенно заметно с 2002 года. На каждый километр протяженности воздушных линий электропередачи объем реализованной электрической энергии возрастает.
1,4
1,2
1
количество
0,8
бытовых
потребителей, % 0,6
0,4
0,2
0
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
год
Рис.20. Количество бытовых абонентов по годам
2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
146
Анализ деятельности предприятия за последние десять лет показывает,
что количество бытовых потребителей увеличивается (рис.20). Прирост за
1994 – 2010 года составил по отношению к 1994 году 33,1%, (2,94% в год).
Рост объема реализации электрической энергии составил 17,61% за 10
лет (1,76% в год). Количество бытовых потребителей растет быстро, но объем реализации электрической энергии им увеличивается незначительно.
Рост объема реализации электрической энергии бытовым потребителям,
приходящийся на одного абонента за 10 лет составил 44,41% (на 4,44% в
год).
Возрастает количество не бытовых потребителей в год на 3,2%, несмотря на уменьшение количества крупных предприятий в среднем двух предприятий в год (1,1%) .
Для бытовых потребителей рост объема реализации электрической энергии составил 85%, а для не бытовых потребителей всего 17,6%. Объем реализации электрической энергии в расчете на одного не бытового потребителя
уменьшается в среднем на 18% за 11 лет (на 1,6% в год). В это же время для
бытовых потребителей он увеличивается на 4,44% в год.
Изменяются объемы покупки и реализации электроэнергии предприятиями, приходящиеся на одного работника. Объем покупки возрастает, хотя и
незначительно, всего на 0,4% в год. Объем реализации электрической энергии, приходящийся на одного человека, стабильно снижается на 0,6% в год.
Объем реализации и покупки электрической энергии по отношению к
мощности силовых трансформаторов для бытовых потребителей возрастает в
среднем на 2,6% в год, а для не бытовых потребителей уменьшается на 1,2%
в год. Это подтверждает увеличение доли электроэнергии, потребляемой бытовыми потребителями, рост мощности единичных абонентов, и уменьшение
доли потребления электроэнергии не бытовыми потребителями.
При сохранении такой тенденции в дальнейшем, до 2050 года объемы
потребляемой энергии бытовыми и не бытовыми абонентами будут одинаковыми в 2045-2050 годах.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
147
Прогнозируемый объем покупки, с учетом ежегодного роста на 2,9%,
возрастает большими темпами, чем рост установленной мощности силовых
трансформаторов (2,7%).
Необходимо учитывать, что в настоящее время на предприятиях эксплуатируется более 50% силовых трансформаторов со сроком полезного использования свыше нормативного. Ежегодно должны подлежать замене, вместо нормированных 5%, как минимум 8 - 9% имеющихся трансформаторов.
На замену и ремонт их необходимо вкладывать значительные средства. В
настоящее время текущему, аварийному и капитальному ремонтам подлежат
2,8% трансформаторов, заменяется только 0,3 - 1,7% их, а ежегодно вводится
дополнительно 3,3% от общего количества. Количество трансформаторов со
сроком полезного использования менее нормативного ежегодно будет
уменьшаться.
Прирост протяженности кабельных линий составил в среднем 5,6%, а
воздушных линий напряжением 0,4 кВ – 2,1%. Протяженность воздушных
линий напряжением 6-10кВ сокращается на 3,3% в год. Объем реализованной
энергии на каждый километр кабельной линии уменьшился в среднем на
0,2%, а на каждый километр протяженности воздушных линий увеличился в
среднем на 1,2% в год. Ремонтные работы осуществляются в десять раз
меньше требуемого, на кабельных линиях только на 0,3% их протяженности,
воздушных линиях на 0,7…1,0% при нормируемых соответственно 3,3% и
3,0%.
Учитывая все рассмотренные факторы, энергоснабжающие предприятия
при современных темпах их развития в 2018-2020 годах достигнет уровня,
при котором пропускная способность электрической системы будет равна
объему покупаемой электрической энергии. С 2021 года, предприятия не
смогут удовлетворить потребности бытовых и не бытовых потребителей в
электрической энергии в полном объеме.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
148
5.2. Анализ работы основного силового электрооборудования
Всё электрическое оборудование, относящееся к системе электроснабжения, условно подразделяют на две основные группы, [57,61]:
1. Электрооборудование для передачи (канализации) электрической
энергии - линии электропередачи (ЛЭП ), кабели, провода, их наконечники
кабельные муфты, опоры.
2. Электрооборудование, предназначенное для трансформации электроэнергии и выполнения пусковых и защитных функций - силовое электрооборудование (СЭО): силовые трансформаторы, распределительные устройства,
малообъемные масляные, вакуумные, элегазовые выключатели, разъединители, выключатели нагрузки, предохранители и другое.
Соотношение числа отказов этих групп электрооборудования по годам
практически остается неизменным. Оно составляет для ЛЭП - 46%, а для
СЭО - 54% .
Линии электропередачи состоят из кабельных (КЛ) и воздушных (ВЛ)
линий. С 1994 года по 2012 год на энергоснабжающих предприятиях Рязанской области при исследовании надежности электрооборудования напряжением 0,4, 6,10 кВ установлена неравномерность возникновения отказов по
годам, в месяц, [59,62,66,68,69,72]. Из общего числа отказов линий электропередачи в кабельных линиях происходит 39% отказов, а на воздушных линиях - 61% .
Необходимо отметить, что при меньших количествах отказов на кабельных линиях затраты времени и средств на их восстановление выше, чем при
ликвидации отказа воздушных ЛЭП. К тому же работы по восстановлению
КЛ трудоемки.
Количество отказов колеблется от 20% в первом квартале до 32% во
втором (рис.21) .
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
149
4
25%
1
20%
2
3
32%
23%
Рис.21. Количество отказов (%) по кварталам в среднем
При этом 52% отказов электрооборудования происходит в первом полугодии. Наибольшее количество отказов возникают во втором - 32% и четвертом - 25% кварталах и меньшее в первом - всего 20% от общего числа отказов за год.
Такая палитра распределения отказов в течение года обусловлена воздействием совокупности причин. Одна из них - климатические особенности
региона. Отказы во втором квартале (апрель, май, июнь) связаны с интенсивным таянием снега. Подтаивая, он формируется в ледяные глыбы, которые соскальзывая с крыш, часто обрывают провода. При этом срабатывают
средства максимальной токовой защиты.
С наступлением тепла оттаивает грунт и происходит его подвижка, что,
зачастую сопровождается нарушением целостности изоляции кабелей и кабельных муфт. Этому способствует подъем уровня вод в кабельных каналах
трансформаторных подстанций и распределительных пунктов, связанный с
подъемом паводковых вод и интенсивными майскими и июньскими дождями.
Доступ воды в трансформаторные подстанции и распределительные
пункты происходит при повреждении их кровли.
В третьем квартале, и прежде всего в октябре месяце, значительное количество отказов также обусловлено погодными условиями. Среди факто-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
150
ров, способствующих возникновению отказов, преобладают ветер, дождь,
иней, сосульки на проводах.
Начало отопительного сезона сопровождается земляными работами, а
при этом зачастую происходят повреждения линий электропередачи.
Распределение количества отказов по кварталам рекомендуется учитывать при планировании приобретения материалов, запасных частей для электрооборудования.
1,2
1
0,8
% 0,6
0,4
0,2
0
месяц
Рис.22. Распределение количества отказов (%) электрооборудования в среднем по месяцам года
Количество отказов в месяц в разные годы колеблется от 78 (в августе)
до 284 (в июне месяце). Много отказов наблюдается в июне - 284, апреле 133, мае - 160, а в октябре – 165 (рис.22). Столь большое количество отказов
в июне месяце обусловлено сильными ветрами в течение нескольких дней.
При резких порывах ветра происходят колебания проводов и как следствие
этого они схлестываются, а зачастую обрываются. Рвутся провода под тяжестью поломанных падающих веток с деревьев, растущих вблизи воздушных
линий электропередачи. Значительно возрастает количество отказов в холодное время года при низкой температуре воздуха и обильных снегопадах,
сопровождающихся ветрами.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
151
Особенно опасны выпадения осадков в виде ледяного дождя (рис.23).
При этом провода покрываются ледяной коркой и под тяжестью льда рвутся,
опоры, траверсы, крюки ломаются. К тому же много обламывается деревьев
и их веток. Высокие деревья и обломившиеся ветки падают на провода и обрывают их.
Рис.23. Повреждение опоры напряжением 0,4 кВ из-за выпадения ледяного дождя
Короткое замыкание, возникающее при схлесте и обрыве неизолированных проводов, вызывает перегорание плавкой вставки предохранителей,
срабатывание малообъемных масляных, элегазовых, вакуумных выключателей.
Количество отказов в период 1994-2012 г.г. (рис.24) имеет ярко выраженный характер увеличения в апреле, мае, июне и в октябре. На каждый из
этих месяцев приходится по 10 % отказов от общего их числа за год - на 33%
времени календарного года приходится 40% отказов силового электрооборудования. Стабильно количество отказов (лишь по 7%) в январе, феврале,
марте, августе, ноябре. В каждом из перечисленных месяцах происходит сто
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
152
двадцать отказов. Небольшое увеличение их наблюдается в сентябре, декабре
(8%) и июле ( 9% ).
ноябрь
7%
октябрь
10%
сентябрь
8%
декабрь
8%
август
7% июль
9%
январь февраль
март
7%
6%
7%
июнь
11%
май
10%
апрель
10%
Рис.24. Распределение количества (%) отказов по месяцам в среднем
Это целесообразно учитывать при планировании работ по профилактике
отказов электрооборудования, в частности, распределении отпусков обслуживающего персонала. В периоды большого количества отказов (апрель,
май, июнь, июль, сентябрь, октябрь, декабрь) их ликвидацию ускорит наличие оптимального обслуживающего персонала. Гистограммы отказов электрооборудования учитывают и при формировании штата обслуживающего
персонала с учетом трудоемкости ремонта и обслуживания оборудования и
необходимости профилактического обслуживания.
5.3. Анализ надежности электрооборудования кабельных
линий электропередачи
Причины отказов кабельной линий условно подразделяют в зависимости
от повреждения на четыре группы, [55,63]:
1. электрическое повреждение кабеля (ЭПК) в результате электрического пробоя изоляции.
2. механическое повреждение кабеля (МПК), сопровождающееся нарушением целостности изоляции кабеля (сторонними организациями при неосторожном выполнении земляных работ).
3. повреждение наконечников кабеля (НК).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
153
4. повреждение кабельных муфт (МК).
Количество отказов, возникающих при нарушениях целостности кабельных линий по годам (рис.25.), свидетельствует об уменьшении количества отказов муфт кабельных, механических повреждений, но об увеличении
количества повреждений наконечников.
МК
НК
2012
2000
МПК
1994
ЭПК
0
50
100
Рис.25. Динамика изменения количества (%) отказов кабельных линий
Электрическое повреждение кабеля является причиной 57% отказов
(рис.26). Механическое повреждение кабеля составляет 13% отказов, то есть
каждый 7-8 отказ. Повреждение наконечников кабеля является причиной
23% отказов, а повреждение кабельных муфт обуславливает 7% отказов кабельных линий электропередачи.
МК
7%
НК
23%
МПК
13%
ЭПК
57%
Рис.26. Количество повреждений (%) кабельных линий
в среднем за 1994-2012 годы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
154
Возникновение отказов линий электропередачи из-за повреждений кабелей по месяцам (рис.27) соответствует распределению отказов электрооборудования. Наибольшее количество отказов кабелей возникает во втором квартале и в октябре месяце (по 10 % в каждом месяце).
Меньше повреждений кабеля происходит в январе, феврале, августе, декабре (6%). Зимние месяцы (декабрь, январь, февраль,) и летний август характеризуются прежде всего установившимися показателями температуры
почвы (6...7% отказов).
35
30
25
20
15
10
октябрь
июль
апрель
0
январь
5
Рис.27. Количество повреждений кабелей в месяц
Электрическое повреждение кабеля (рис.28) наиболее часто возникает в
весенний период (13% - март, 13% - апрель, 12% - май). Меньше электрических повреждений происходит в июле (5%) и декабре (5%). Это связано с подвижкой грунта в период оттаивания и замерзания почвы.
Электрическое повреждение кабелей (рис.29) напряжением 0,4 кВ составляет 34%, напряжением 10 кВ - 16%, а напряжением 6…10 кВ - 50 %.
Одной из причин, приводящей к отказу кабелей напряжением 0,4 кВ, являет-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
155
ся переключение нагрузки при отказе одной фазы, на другую. Происходит
подача электроэнергии по схеме так называемой «одноименки».
25
20
15
10
ноябрь
сентябрь
июль
май
март
0
январь
5
Рис.28. Электрическое повреждение кабелей
10 кВ
16%
0,4 кВ
34%
6 кВ
50%
Рис.29. Электрическое повреждение кабелей различного напряжения сети
В результате этого на одну фазу приходится нагрузка двух фаз. При этом
возможна перегрузка по току до 15% и выше. В соответствии с ПТЭ, перегрузка кабелей, находящихся в эксплуатации не более 15 лет напряжением до
10 кВ, возможна, в зависимости от типа изоляции, до 15-30%, а для кабелей,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
156
находящихся в эксплуатации более 15 лет, перегрузка по току на период послеаварийного режима не должна превышать 10%, длительно допустимой
нагрузки продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 суток, [18].
До 80% кабелей на предприятиях отрасли эксплуатируется свыше 15 лет,
сверх нормативного срока (70% парка электрооборудования).
Металлическая оболочка кабелей напряжением 6-10кВ выполняется из
свинца и алюминия, а изоляция фазная и поясная - из пропитанной специальными составами бумаги и поливинилхлоридной оболочки. Они имеют различный коэффициент теплового расширения. При протекании тока нагрузки
кабель нагревается. При нагревании изоляция расширяется, а при охлаждении сжимается больше, чем оболочка. Между металлической изоляцией и
оболочкой образуется вакуумное расстояние, которое под действием электрического поля ионизируется. Когда ионизация достигает большой велич ины, происходит пробой изоляции кабеля. Кроме того, на кабельных линиях
устанавливается значительное количество соединительных муфт.
Причиной отказа также является прокладывание нескольких кабелей в
одной земляной траншее. Это ухудшает условия теплоотдачи в грунт из-за
теплового влияния кабелей одного на другой. При этом допустимые по
нагреву нагрузки, указанные в справочных таблицах, уменьшают введением
поправочного коэффициента на число кабелей (без учета резервных).
Механические повреждения кабелей составляют в среднем 13% (от 8 до
16%) от общего количества повреждений кабелей. Из-за этого происходит
каждый седьмой-восьмой отказ кабельной линии электропередачи. Они возникают при земляных работах, проводимых прежде всего такими организациями как «Водоканал», «Теплосеть», дорожно-строительными участками, и
происходят в основном в июле после начала включения горячей воды и в
начале отопительного сезона (сентябрь, октябрь, ноябрь) (рис.30), когда раскопки трасс электрического кабеля сторонними организациями производятся
без письменного уведомления, оповещения и соответствующего надзора
персонала энергоснабжающего персонала. Штрафные санкции, взыскивае-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
157
мые с виновника повреждения, компенсируют только около 74% потерь
предприятия и стоимости работ по устранению механического повреждения
кабеля, связанных с восстановлением кабельной линии.
20
18
16
14
12
% 10
8
6
4
2
0
месяц
Рис.30. Возникновение механических повреждений кабелей в течение года.
Наиболее часто повреждение наконечников кабеля (рис.31) происходит
в июне и октябре месяцах.
18
16
14
12
%
10
8
6
4
2
0
месяц
Рис.31. Количество повреждений наконечников кабелей в течение года.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
158
Обусловлено это свойствами соединительных контактов. В местах соединения выделяется больше тепла, чем в самом кабеле. Нагрев наконечников приводит к интенсивной коррозии и возрастанию их переходных сопр отивлений. Нагрев контакта до высокой температуры и последующее охлаждение вызывает его ослабление и дополнительное увеличение сопротивления. Дальнейший его перегрев может привести к отгоранию наконечника кабеля или к перегоранию шпильки трансформатора и т.д.
В местах выхода кабельной линии на опоры, повреждение наконечников
происходит преимущественно вследствие излома при ветровых нагрузках.
От общего количества отказов кабельной линии на долю кабельных
муфт в среднем приходится не более 7% . Повреждение муфты (рис.32)
наиболее часто происходит в январе и ноябре (по 14%) и меньше (по 5%) в
марте, сентябре, октябре, декабре месяцах.
декабрь январь
ноябрь
февраль
5%
13%
октябрь 13%
9%
5%
март
сентябрь
5%
5%
август
апрель
июль
июнь
май
9%
9%
9%
9%
9%
Рис.32. Количество повреждений кабельной муфты в течение года
Основной причиной отказа соединительных муфт (термоусаживаемых,
свинцовых, муфт холодной усадки, заливных соединительных муфт с двухкомпонентным полиуретановым компаундом) является не качественный их
монтаж (рис.33, а, б). В частности, нарушают операции соединения и оконцевания кабелей, разделки концов их, удаления изоляции и заполнителей.
а
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
159
б
Рис.33, а и б. Образование раковин в битумной массе кабельной муфты
В термоусаживаемой муфте и муфтах холодной усадки нарушают технологии усадки жильных трубок, подкладных манжет, изолирующих манжет,
шланга, перчаток и защитного кожуха, намотки ленты-регулятора и лентыгерметика, соединения жил болтовыми соединителями с оборачиванием их
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
160
пластинами регуляторами, закрепления проводника заземления и обмотки
экранной лентой. Для муфт холодной усадки не учитывают медленную усадку силикона (резины) трубок в холодный период года, не выполняют в ручную принудительную обжимку трубок или предварительный прогрев их. При
монтаже у свинцовых муфт и заливных соединительных муфт с двухкомпонентным полиуретановым компаундом нарушают процесс подготовки их к
заливке кабельной массой (двухкомпонентным полиуретановым компаундом) и заливку ее в муфту.
В результате на изоляции остается влага, которая попадает из воздуха, с
рук кабельщика. Не всегда качественно очищают детали муфты, не обезжиривают внутри, не подогревают ее перед заливкой, не выполняют прошпарку
свинцовой муфты (это особенно важно в зимний период). Заливку кабельной
массы и двухкомпонентного полиуретанового компаунда производят в один
прием, толстой струей, без последующей ее доливки. Нарушение технологии
приводит к появлению в муфтах раковин, наполненных конденсационной
водой, из-за чего происходит отказ в электроснабжении потребителей.
Другой причиной отказа является неправильное расположение муфт в
траншеях: не всегда делают подушку для горизонтального ее расположения,
обсыпку муфты и прилегающих концов кабеля. При завале траншеи происходят излишние механические нагрузки на кабель и муфты, и, как следствие,
излом кабеля, вырывание его из муфты, нарушение целостности изоляции.
Особенно часто отказы возникают зимой, когда низкая температура воздуха
и грунт мерзлый.
Одной из причин отказа концевых муфт, концевых эпоксидных заделок
внутренней установки, в том числе с термоусаживаемой перчаткой, является
попадание воды при затоплении кабельных каналов (приямок) трансформаторных подстанций и распределительных устройств грунтовыми и дождевыми водами. Происходит коррозия металлического корпуса муфт. Из-за различных коэффициентов температурного расширения эпоксидная масса рас-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
161
трескивается, в нее попадает вода, из-за чего муфта «взрывается» и происходит отказ.
Повышают надежность электроснабжения кабельных линий профилактические испытания. Они позволяют выявить кабель с изоляцией в стадии
разрушения, тем самым заменить его в удобное для этого время.
5.4. Отказы воздушных линий электропередачи
Основными повреждениями воздушных линий электропередачи являются обрыв и схлест проводов, а также повреждение опоры. Обрыв проводов
обуславливает 82% повреждений воздушных линий. Схлест проводов вызывает 14% повреждений линий электропередачи, выполненных неизолированными проводами. Из-за повреждения опор происходит не более 4% всех отказов воздушных линий электропередачи. Такое соотношение причин повреждений воздушных линий в различные года имеет достаточно стабильный
характер.
декабрь
ноябрь 8%
5%
октябрь
11%
январь
4% февраль
9% март
5%
апрель
9%
сентябрь
7%
август
9%
май
8%
июль
9%
июнь
16%
Рис.34. Распределение обрывов проводов по месяцам года
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
162
Обрывы проводов наиболее часто происходят в феврале, апреле, июне,
июле, августе и октябре месяце (рис.34). В указанные месяцы возникает по
9% и более обрывов проводов.
При этом наблюдается некоторое стабильное помесячное колебание количества отказов - в среднем тридцати (рис. 35).
120
100
80
60
40
20
0
Рис.35. Возникновение обрывов проводов в течение года по месяцам
Причиной повреждения проводов является сильное натяжение из-за образования на них сосулек при таянии снега на крыше дома или выхода теплого воздуха из под крыши (рис.36, а и б). При морозах происходит сжатие
провода и сокращение его длины, а из-за нависших сосулек и увеличения
сил натяжения, провода рвутся. В местах ввода линий электропередачи в
зданиях и сооружениях следует устанавливать специальный навес или заменять голые провода на самонесущие изолированные.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
163
Кроме этого, обрыв проводов происходит вследствие воздействия комплекса факторов: образования сосулек, действия ветровой нагрузки и падения веток, стволов деревьев на провода (рис.37, а и б).
б
Рис.36, а и б. Сосульки на проводах
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
164
а
б
Рис.37, а и б. Обрывы проводов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
165
Обрыв проводов проходящих от трансформаторных подстанций в сторону потребителя наиболее часто происходит в зимний и летний периоды.
Провода перегорают часто в местах соединения. При протекании тока здесь
выделяется больше тепла. Нагрев соединительных контактов ведёт к интенсивной коррозии и росту их переходных сопротивлений. На работу проводов
влияет изменение температуры воздуха. При положительных температурах
металл провода расширяется, и длина провода увеличивается, натяжение
снижается и в нем уменьшается механическое напряжение. При отрицательных температурах окружающей среды металл провода сжимается и длина
провода уменьшается, а его натяжение увеличивается. На провода значительное воздействие оказывает и ветровая нагрузка. Особенно опасен ветер
поперечного направления к оси воздушной линии. Ровный, не порывистый
ветер, дующий со скоростью 0,5-6 м/с, вызывает вибрацию провода. При
этом он повреждается в местах выхода из зажима, где многократно изгибается. Это приводит к излому проволок. Кроме того, иногда в сетях используют
провода недостаточной механической прочности.
В летний период условия эксплуатации линий электропередачи усугубляются появлением листьев на деревьях соседствующих с проводами. Ветки
с листьями нависают над проводами. В результате изменяется стрела провеса
и их натяжение. Для профилактики обрывов необходимо контролировать величину стрелы провеса проводов, проводить обрезку растущих вблизи проводов деревьев, а высаживать деревья, особенно такие быстро растущие как
тополь, на определенном расстоянии от воздушных линий электропередачи.
От общего количества отказов воздушных линий, выполненных неизолированными проводами, на их схлест приходится до 14%. Основные причины схлеста неизолированных проводов составляют следующие группы:
1. Увеличение сверх нормативного значения стрелы провеса (уменьшение изоляционного расстояния между проводами).
2. «Дальние» короткие замыкания, вызванные коммутационными и атмосферными перенапряжениями;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
166
3. Воздействие порывистых ветровых нагрузок;
4. Падение веток, стволов деревьев, прочих предметов на провода.
По первым трем группам регистрируется 89% отказов. По причинам
четвертой группы возникает 11% отказов от всех ситуаций схлеста проводов.
Наиболее часто отказы, возникающие из-за схлеста проводов, происходят в мае (15%), июне (15%), июле (13%) и октябре (13%) (рис.38).
Такое распределение отказов обусловлено изменениями в течение года
силы и направления ветра, усилением грозовой активности (атмосферными
перенапряжениями), ростом густоты лиственного покрова деревьев, увеличением температуры окружающей среды, и, как следствие, увеличением
стрелы провеса, то есть снижением изоляционного расстояния между проводами.
При реконструкции электрических сетей, монтаже новых линий следует
использовать самонесущие провода типа «Торсада», «АМКА», гарантированный срок службы которых 35 лет. Такие провода исключают схлесты и
обрывы проводов. Также для уменьшения количества таких отказов необходимо устанавливать изолирующие междуфазные распорки (полимерных или
деревянных с пропиткой).
От общего количества причин отказов воздушной линии отказы, связанные с повреждением опор, составляют менее 4%. В основном опоры повреждаются воздействиями , относящимися к следующим группам (рис.39):
1. Движущийся транспорт (40%) (сбита опора);
2. Нарушение изоляции проводов (23,3%) (возгорание опоры, пробой
изоляторов);
3. Повреждение траверсы, стойки опоры,изолятора, крюка и т.д. (18,4%)
(часто при падении деревьев) ;
4. Физическое старение опоры (18,3%) (деревянная - гниение, бетонная разрушение бетона, металлическая – коррозия металла).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
167
октябрь
13%
декабрь
7%
ноябрь
2%
январь
5%
февраль
5%
апрель
7%
сентябрь
7%
август
8%
март
3%
май
15%
июль
13%
июнь
15%
Рис.38. Возникновение схлеста проводов по месяцам года
25
20
15
%
10
5
0
Рис.39. Количество повреждений (%) опор в течение года по месяцам
Наиболее интенсивное повреждение опор движущимся транспортом
наблюдается в мае (18%), в конце сентября, октябре (по 14%). В мае это связано с открытием летнего периода эксплуатации автомобильного транспорта,
в сентябре и октябре количество повреждений опор возрастает из-за осенних
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
168
дождей и возникновения гололеда на дорогах. Для профилактики отказов,
связанных с повреждением опор, рекомендуют тщательный контроль за их
состоянием.
5.5 . Анализ надежности силового электрооборудования
Нарушение функции силового электрооборудования обуславливает 54%
отказов в системе электроснабжения. В группу силового электрооборудования относят трансформаторы и распределительные устройства, которые соответственно включают комплектные распределительные устройства (изоляторы, шины, выключатели), коммутационную аппаратуру ( автоматические
выключатели, выключатели нагрузки, разъединители и т.д.), предохранители.
Трансформатор силовой является одним из сложных, дорогостоящих
элементов трансформаторной подстанции и системы электроснабжения. Повреждение его вызывает большие затраты средств и времени на ремонт. На
повреждения трансформатора приходится 15% отказов системы электроснабжения. Количество отказов трансформаторов за последние годы несколько сократилось.
В течение года количество отказов электрических сетей из-за повреждения трансформаторов (рис.40) резко увеличивается в зимний период (ноябрь, декабрь, январь, февраль) и составляет 47% всех отказов за год. Меньше отказов возникает в летний период (июнь, июль, август) - 15 %, что обусловлено прежде всего снижением нагрузки, а также стабилизацией температуры окружающей среды.
Основные причины отказов силовых трансформаторов подразделяют на
четыре группы:
1. Нарушение целостности изоляции обмоток (повреждение изоляции
обмоток трансформатора при перенапряжениях и перегрузках);
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
169
2. Изменение контактных соединений (нарушение целостности и ослабление плотности соединений при колебаниях температуры окружающей среды или вибрации трансформатора);
3. Повреждения опорных изоляторов (поверхностный пробой изоляторов из-за воздействия пыли, влаги или их механическое разрушение);
4. Воздействие животных и человека (пробой шин и вводов при попадании птиц, животных и проникновении посторонних людей, не имеющих никакого отношения к эксплуатационному персоналу предприятия в трансформаторную подстанцию).
14
12
10
8
%
6
4
2
0
Рис.40. Распределение количества (%) отказов трансформаторов
по месяцам года
Наибольшее количество отказов трансформаторов связано с повреждением контактных соединений. Эта причина составляет 65% от всех отказов
(отгорание шпильки, шины и т.д.) (рис.41).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
170
Ж Ч
13%
ОП ИЗ
2%
Обмотка
20%
Контакты
65%
Рис.41. Соотношение причин отказов трансформаторов
Повреждения контактных соединений приводят к перенапряжениям и
могут способствовать пробою изоляции обмоток трансформатора. После нескольких повреждений контактных соединений на трансформаторе, как правило, повреждаются его обмотки. Из-за нарушений целостности обмотки
возникает до 20% отказов трансформаторов. Редко возникают отказы из-за
«отсутствия масла в трансформаторе».
Более надежными элементами трансформаторов системы электроснабжения являются опорные изоляторы (не более 2% отказов).
Менее 1% отказов системы электроснабжения возникает из-за отказов
комплектных распределительных устройств (КРУ). Отказ силовых трансформаторов и комплектных распределительных устройств наносит огромный
экономический ущерб предприятию, вследствие нарушения электроснабжения значительного числа потребителей, а ремонт оборудования связан с
большими материальными и временными затратами.
Основными элементами комплектных распределительных устройств являются: выключатели (малообъемные масляные, вакуумные, элегазовые),
шины, опорные изоляторы.
Отказы выключателей (31% отказов комплектных распределительных
устройств) возникают из-за повреждения привода выключателей: отрыв тяги
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
171
- 17%; поверхностного пробоя изоляторов, перекрытия в горшках - 4%, срабатывания выключателя с выбросом масла, его отсутствия - 10%. Повреждения шин комплектных распределительных устройств приводят к 26%, а изоляторов - к 24% отказов.
Коммутационная аппаратура является высоконадежным элементом системы электроснабжения. Однако, сбои в ее работе обуславливают 2,5% отказов системы. Поломки автоматических выключателей вызывают в среднем
7%, выключателей нагрузки - 21%, разъединителей - 64% отказов коммутационной аппаратуры. Отказов измерительных трансформаторов тока и
напряжения возникает менее 8%.
К отказу электрооборудования трансформаторных подстанций (трансформаторов, комплектных распределительных устройств) приводят такие
причины как проникновение внутрь животных и посторонних людей. Оказавшись в подстанциях и комплектных распределительных устройствах, они
безрассудными действиями ломают оборудование, подвергая и свою жизнь
опасности. Количество отказов подстанций из-за этой причины составляет
8…24%, в среднем за 1994 – 2012 годы составило 13%. То есть каждый 7-8
отказ происходит из-за проникновения животных и человека.
Животные проникают в трансформаторную подстанцию и комплектные
распределительные устройства при наличии в конструкции их строительномонтажных издержек, допущенных при строительстве (отверстия, дыры,
трещины в стенах) или при появлении изъянов в результате нарушения правил эксплуатации и халатного отношения к оборудованию и даже вандализма
(отсутствие уплотнений в кабельных каналах, повреждение вентиляционных
решеток), а также при не закрытых и разбитых дверях.
Животные в трансформаторную подстанцию и комплектные распределительные устройства проникают через поврежденную вентиляционную решетку и неплотно закрытую входную дверь (рис.42, а и б).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
172
а
б
Рис.42. Повреждение вентиляционной решетки (а) и двери (б) трансформаторной подстанции
Для повышения надежности системы электроснабжения устраняют причины, позволяющие проникать животным и посторонним лицам в трансфор-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
173
маторную подстанцию и комплектные распределительные устройства, ремонтируют и надежно закрывают двери, заделывают дыры, щели и отверстия
в стенах, укрепляют вентиляционные решетки, уплотняют кабельные каналы.
а
б
Рис. 43, а и б. Вода внутри трансформаторной подстанции
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
174
а
б
Рис.44, а и б. Уровень воды в период весенних паводков и дождей в комплектном распределительном устройстве
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
175
Значительное количество отказов оборудования трансформаторной подстанции и комплектных распределительных устройств (до 10%) возникает
вследствие попадания воды в эти сооружения. Интенсивность таких отказов
возрастает в апреле при таянии снега, в летние месяцы (июнь, июль, август),
а также в сентябре - в дождливый период.
Обусловлены такие отказы рядом причин. Низкий уровень расположения трансформаторной подстанции и комплектного распределительного
устройства по отношению к возможному уровню подъема воды в период весенних паводков и дождливых сезонов (рис.43, а и б, рис.44, а и б). При этом
вода поднимается до уровня опорных изоляторов. Для устранения отказов,
вызванных такими причинами, необходимо размещать трансформаторную
подстанцию и комплектное распределительное устройство на уровне не ниже
1,2 м, устраивать дренажные каналы, поднимать уровень бордюр вокруг
трансформаторной подстанции и комплектного распределительного устройства, бортов приямок кабельных каналов, а концевые кабельные муфты, при
их перезаделке, поднимать, по возможности, выше уровня паводковых вод.
Строительно-монтажные издержки позволяют воде проникать в трансформаторную подстанцию и комплектное распределительное устройство.
Рис.45. Разрушение кабельных каналов ТП
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
176
Вода, попав внутрь, разрушает кабельные каналы (рис.45) и бетонные
перекрытия пола (рис.46, а, б).
а
б
Рис.46, а и б. Разрушение бетонных перекрытий пола ТП
Обслуживание таких трансформаторных подстанций и комплектных
распределительных устройств связано с риском.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
177
С течением времени разрушение бетонных плит происходит как в
трансформаторном отсеке, так и в распределительном устройстве РУ 0,4 кВ и
РУ 6…10 кВ. Появляются трещины в стенах, обваливаются углы здания и,
как следствие, оно разрушается .
Возникает ситуация угрожающая не только трансформаторной подстанции и комплектному распределительному устройству, но и окружающей среде (в случае взрыва). Разрушающиеся стены трансформаторной подстанции
(рис.47) снижают эстетическое восприятие населенного пункта (города, поселка, деревни)
Рис.47. Разрушение здания трансформаторной подстанции
Причиной разрушения стен являются не только паводковые воды, но и
дождевая вода, протекающая сквозь поврежденную кровлю трансформаторной подстанции и комплектного распределительного устройства. Вода попадает на выключатель нагрузки (рис.48) , ячейки распределительного устройства (рис.49), шинный мост (рис.50).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
178
Рис.48. Протекание воды сквозь поврежденную кровлю над выключателем
нагрузки трансформаторной подстанции
Рис.49. Протекание воды сквозь поврежденную кровлю над ячейкой комплектного распределительного устройства
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
179
Рис.50. Протекание воды сквозь поврежденную крышу над шинным мостом комплектного распределительного устройства
В энергетических предприятиях эксплуатируются трансформаторные
подстанции и комплектные распределительные устройства, в которых
настолько стабильно течет кровля, что даже в металлическом настиле пола
образуются коррозионные лунки и сквозные отверстия (рис.51).
Крыша трансформаторной подстанции и комплектного распределительного устройства, по сути дела, не имеет ни какого прямого отношения к системе электроснабжения, но при повреждении целостности и протекании
кровля становится непосредственной причиной нарушения подачи электроэнергии потребителям.
Экономический ущерб, вызванный нарушением электроснабжения из-за
просачивания воды сквозь поврежденную крышу и попадания ее на электрооборудование, становится огромным. Для предотвращения отказов в электроснабжении потребителей, вызванных причинами, связанными с повр еждением крыши необходимо ее конструкцию строить так, чтобы она обеспе-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
180
чивала самопроизвольный сход снега, капель дождя по поверхности или
очищать от снега, не повреждая целостности покрытия.
Рис.51. Коррозионные лунки в настиле пола комплектного распределительного устройства
В отдельную группу выделяют нарушения электроснабжения потребителей из-за плавления плавкой вставки предохранителей. Предохранитель,
как звено системы электроснабжения, выполняет важную функцию. Экономический ущерб от прекращения подачи электроэнергии потребителю, связанный с прекращением функции предохранителя, зависит от его причинно следственного статуса. Плавление плавкой вставки предохранителя является
следствием короткого замыкания или перегрузки по току. При кратковр еменном воздействии его причины можно восстановить электроснабжение потребителей быстрой заменой предохранителя и ущерб будет минимальным.
При долговременном воздействии причины короткого замыкания замена
предохранителя принимает второстепенную значимость. В данных обстоятельствах первостепенным является комплекс работ, проведение которых
необходимо для устранения причины короткого замыкания или перегрузки
по току.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
181
В 27% отказов электроснабжения потребителей отмечается плавление
плавкой вставки предохранителя. Связано это с короткими замыканиями,
возникающими при соединении голых токоведущих частей между собой.
Причин, приводящих к короткому замыканию в системе электроснабжения,
очень много и о них сказано выше. Нарушения в электроснабжении потребителей из-за плавления плавкой вставки предохранителей типа ПН возникают
в течении года по месяцам равномерно (рис.52).
14
12
10
8
%
6
4
2
0
Рис.52. Количество нарушений (%) электроснабжения в течение года из-за
плавления плавкой вставки предохранителей типа ПН
Несколько чаще такие нарушения электроснабжения происходят в мае,
июне, июле (по 10%) и в октябре (14%). Из общего количества нарушений в
электроснабжении, возникающих по причине предохранителей типа ПК на
напряжение 10 кВ приходится 3%, на напряжение 6 кВ - 13%, а предохранителей типа ПН - 84% (рис.53).
Аналогично количество нарушений в электроснабжении потребителей
из-за плавления плавкой вставки предохранителей типа ПК на напряжение
6,10 кВ .
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
182
10 кВ
3%
6 кВ
13%
0,4 кВ
84%
Рис.53. Количество нарушений (%) электроснабжения
потребителей электроэнергии различного напряжения из-за плавления
плавкой вставки предохранителей
Причинами плавления плавких вставок предохранителей являются токи
короткого замыкания в сети, вызванные обрывом, схлестом проводов 57,3%, пробоем изоляции кабелей, повреждением их наконечников - 18,1%,
повреждением трансформаторов, коммутационной аппаратуры - 6,1%, проникновением человека и животных, попаданием воды в трансформаторную
подстанцию и комплектное распределительное устройство - 2,4% и т.д.
Плавление плавкой вставки предохранителя вследствие воздействия токов
перегрузки, равных 105-115 Iн %, составляют 16,1% от общего количества
повреждений предохранителей и возникают в осенний и зимний периоды при
массовом пользовании населения обогревательными приборами.
Не допустимым является использование некалиброванных вставок
предохранителей (рис.54).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
183
Рис.54. Использование некалиброванных вставок на ТП
Для отключения токов короткого замыкания используют выключатели.
В системе электроснабжения потребителей количество отключений токов
короткого замыкания (срабатываний выключателей) (рис.55) за год достаточно стабильное - по 7% в месяц. Однако, имеется пик, на который приходится наибольшее количество срабатываний выключателей - апрель, май (по
13%), июнь (11%) и июль (9%).
декабрь
ноябрь
7%
7%
октябрь
7%
сентябрь
7%
август
7%
январь
февраль
6%
6%
март
7%
апрель
13%
июль
9%
июнь
11%
май
13%
Рис.55. Количество срабатываний малообъемных
масляных выключателей в течение года
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
184
В этот период возникает большое количество обрывов, схлестов проводов, повреждений кабелей, электрооборудования.
Количество срабатываний (отключение тока короткого замыкания) маломасляного выключателя ячейки происходит до 40 раз в месяц. Часто отключение выключателя происходит с выбросом масла, а отсутствие или недостаточное количество его приводит к механическому разрушению выключателя. Оперативный учет количества отключений токов короткого замыкания, в том числе срабатываний маломасляного выключателя при отыскании
обслуживающим персоналом повреждения кабеля, позволяет давать рекомендации по профилактическому их обслуживанию. Необходимость оперативного контроля количества отключений токов короткого замыкания обусловлена тем, что обслуживающий персонал использует для поиска повреждения кабеля метод последовательного включения - отключения выключателей ячеек распределительного устройства. При этом провоцируется добавочное отключение токов короткого замыкания. Такие издержки производства также должны фиксироваться и рассматриваться обслуживающим персоналом.
Коммутационная аппаратура является высоконадежным элементом системы электроснабжения. Нарушение её работы обуславливает 2,5% отказов
системы электроснабжения потребителей. Сбои в работе автоматических выключателей приводят к 7%, выключателей нагрузки - 21%, разъединителей 64% отказов коммутационной аппаратуры. На долю отказов измерительных
трансформаторов токов и напряжения приходится менее 8%. Однако, во многих электрических сетях коммутационная аппаратура выработала свой нормативный срок службы на 100% и более, и является не только физически, но
и морально устаревшей, и требует замены на принципиально новое оборудование.
Результаты, полученных статистических исследований надежности
электрооборудования предприятий Рязанской области, достоверны, довери-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
185
тельная вероятность составляет не менее 0,9 при относительной ошибке не
более 0,10.
Показатели надежности электрооборудования напряжением до 1 кВ,
6…10 кВ энергоснабжающих предприятий Рязанского региона значительно
отличаются от таковых России и развитых стран (Таблица 7).
Таблица 7
Показатели надежности электрооборудования напряжением до 1 кВ, 6-10 кВ
Рязанская
область
Рязанская
область
0,1
0,04
2,2
0,1-3
0,3
0,07
3
-
0,2
-
0,9
0,5
0,2
-
-
-
0,1
-
2
2
-
0,3
3,5
2,6
-
-
3,2
2
-
-
12
9-27
-
2,3
16,7
11-67
4
2,7
87
15-50
-
0,96
14,8
3,5
-
0,23
США
-
Россия
МУП
РГЭС
Германия
США
-
Россия
Германия
Трансформаторы
силовые
Ячейки распределительные
Выключатели малообъемные масляные
Разъединители, выключатели нагрузки, автоматические
выключатели
Кабельные линии
(на 100 км)
Воздушные ЛЭП
(на 100 км)
Рязанская
область
Вид
оборудования
Количество повреждений (отказов) на 100 единиц в год
при напряжениях
до 1 кВ
6-10 кВ
Сравнение показателей надежности и количества отказов основного силового электрооборудования России, Германии, США и предприятий Рязанской области (табл.7.) свидетельствует о необходимости принятия экстренных мер по повышению надежности электрооборудования кабельных и, особенно, воздушных линий электропередачи, а также оборудования трансформаторных подстанций и комплектных распределительных устройств.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
186
ЛИТЕРАТУРА
1.
Руденко Ю.Н., Чельцов М.Б. Надежность и резервирование в
электроэнергетических системах -. Новосибирск: Наука, 1974.
2.
Эндрени ДЖ. Моделирование при расчетах надежности в элек-
троэнергетических системах: Пер. с англ./ Под ред. Ю.Н.Руденко.- М.:
Энергоатомиздат, 1983, 336 с.
3.
Непомнящий В.А. Учет надежности при проектировании энерго-
систем. М.: Энергия , 1978.
4.
Лещинская Т.Б., Наумов И.В. Электроснабжение сельского хо-
зяйства./ Учебник для вузов. - М.: КолосС, 2008. -655с.:ил.
5.
Дьяков – статья
6.
Будзко И.А., Левин М.С. Электроснабжение сельскохозяйствен-
ных предприятий и населенных пунктов. - М.: Агропроиздат, 1985. -320 с.
7.
Правила устройства электроустановок. - 6-ое изд. - М.: КНОРУС,
2012.- 488 с.
8.
ГОСТ Р 27.002-2009. Надежность в технике. Термины и опреде-
ления IEC 600500 (191): 1990-12 (NEQ). – М.: Стандартинформ, 2010.
9.
Ермолин Н.П., Жерихин И.П. Надежность электрических машин.
- Л.: Энергия, 1976, -248 с.
10. Е.С.Вентцель. Теория вероятностей. М.,Наука, 1969, - 576 с.
11. Надежность взрывозащищеного и рудничного электрооборудования. А.И.Быков, Б.Н.Ванеев, В.Д.Главный и др. - М.: Недра, 1979, - 302с.
12. Шор Л.Б., Кузьмин Ф.И. Таблицы для анализа и контроля надежности. - М.: Советское радио, 1968.
13. ГОСТ 22954-78. Надежность в технике. Технологические системы. Введен с 01.08.79г.
14. Управление электроэнергией рабочих машин /Масловская Т.Н. автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических
наук. - Екатеринбург, 1993.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
187
15. Прусс В.Л., Тисленко В.В. Повышение надежности сельских
электрических сетей. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение,
1989. - 208с.
16. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев Ю.Д. Математические методы теории надежности. - М.: Наука, 1965. - 524 c.
17. Таев И.С. Электрические аппараты автоматики и управления. М.: Высшая школа , 1975. -224 с.
18. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. - М.: Энергосервис, 2012 - 368 c.
19. Мельников Н.А. Электрические сети и системы. М., «Энергия»,
1969, - 456с.
20. Будзко И.А., Зуль Н.М. Электроснабжение сельского хозяйства. М.: Агропромиздат, 1990. - 496 с.
21. Блок В.М. Электрические сети и системы. - М.: Высшая школа
,1986. - 430 c.
22. Лазарев С.С. Надежность электроснабжения. - М.: МЭИ, 1976. 72 с.
23. Федосенко Р.Я., Мельников А.Я.Эксплуатационная надежность
электросетей сельскохозяйственного назначения - М.: Энергия, 1977.- 320 с.
24. Гук Ю.Б., Казак Н.А., Мясников А.В. Теория и расчет надежности систем электроснабжения . - М.: Энергия, 1970.
25. Трубицын В.И. Надежность электрической части электростанций
. - М.: МЭИ,1993. - 112 с.
26. Гук Ю.Б. Анализ надежности электроустановок. - Л.: Энергоатомиздат, 1988.
27. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надежность систем электроэнергетики. - М.: Наука, 1986.
28. Жданов В.С. Технико-экономическая оценка вариантов схем распределительных устройств с учетом надежности : Учебное пособие. - М.:
МЭИ, 1979.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
188
29. Балаков Ю.Н., Шевченко А.Т., Шунтов А.В. Надежность схем
выдачи мощности электростанций. - М. : МЭИ, 1993. - 128 с.
30. Гиндуллин Ф.А., Дульзон Н.А. О качестве исходной информации
об аварийных отключениях ЛЭП 10 кВ//Известия вузов. Энергетика, 1984. N 5.
31. Методические указания по обеспечению при проектировании
нормативных уровней надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. - Сельэнергопроект, РУМ, - 1986, сентябрь.
32. Гольдберг О.Д. Качество и надежность асинхронных двигателей.
- М.: Энергия, 1968. - 176 с.
33. Куйбышев А.В. Надежность асинхронных электродвигателей
общепромышленного применения. - М.: Изд-то стандартов, - 1972. - 104 с.
34. Методика расчета надежности витковой изоляции обмоток асинхронных двигателей в период приработки // Известия Томского политехнического
института
/
А.С.Гитман,
О.П.Муравлев,
Ю.П.Похолков,
Э.К.Стрельбицкий. - 1968, т.190. - 60-63 с.
35. Шпиганович А.Н., Масловская Т.Н. Исследование влияния
надежности магнитных пускателей и электродвигателей на работу конвейера// Горный журнал. Известия ВУЗов. - 1984, N8
36. Федоров А.А. Теоретические основы электроснабжения промышленных предприятий. - М. : Энергия, 1976. - 271 с.
37. Справочник по проектированию электросетей в сельской местности/ Под ред. П.А.Каткова и В.И.Франгуляна. - М.: Энергия, 1980. - 352 с.
38. Руководящие материалы по проектированию электроснабжения
сельского хозяйства (РУМ). – М.: Сельэнергопроект, 1974-1989.
39.
Колпачков В.И., Ящура А.И. Производственная эксплуатация,
техническое обслуживание и ремонт энергетического оборудования. Спр авочник. – М.: ЗАО «Энергосервис», 1999. – 438 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
189
40.
Эксплуатация электрооборудования/ Г.П.Ерошенко, А.П. Коло-
миец, Н.П.Кондратьева, Ю.А.Медведько, М.А.Таранов. – М.:КолосС, 2005. 344 с.: ил.
41.
Масловская Т.Н. Надежность систем электроснабжения. / Учеб-
ное пособие. Кострома, 1996, - 52 с. Ил.
42.
Васильева Т.Н., МикрюковД.Н. Планирование расхода электро-
оборудования и запасных его частей на предприятиях сельскохозяйственного
профиля // Сборник научных трудов, посвященный 55-летию инженерного
факультета, Рязань, РГСХА, 2005 г.- 6 с.
43.
Васильева Т.Н., Абакумов С.В. Организация ремонта электро-
оборудования в электрических сетях // Сборник научных трудов, посвященный 55-летию инженерного факультета, Рязань, 2005 г.- 4 с.
44.
Васильева Т.Н., Захаров А.Н. Надежность системы электроснаб-
жения напряжением 6-10/0,4 кВ при проектировании// Сборник научных трудов, посвященный 55-летию инженерного факультета, Рязань, 2005 г.- 4 с.
45.
Васильева Т.Н. Расчет надежности систем электроснабжения и
величины технических потерь электроэнергии в системах электроснабжения
предприятий сельскохозяйственного и общепромышленного назначения //
Отчет отделения механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства за 2005 г. и 2001-2005 г.г., М.: 2006 г.
46.
Васильева Т.Н., Микрюков Д.Н.Оценка влияния климатических
факторов на отказы воздушных линий напряжением 0,4 кВ //Механизация и
электрификация сельского хозяйства, №6, 2007 г – 3с.
47.
Васильева Т.Н., Микрюков Д.Н. Методы планирования запасных
частей электрооборудования // «Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного нацио нального проекта развития АПК», Башкирский ГАУ, часть 3, 2006. – 3 с.
48.
Васильева Т.Н., Лопатин Е.И. Оценка периодов интенсивных отка-
зов оборудования распределительных сетей 0,38…10 кВ // Сборник статей
международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
190
молодых ученых «Модернизация АПК в контексте обеспечения продовольственной безопасности государства», Курск: КГСХА, 2010. - 6 с.
49.
Васильева Т.Н., Микрюков Д.Н. Расчет показателей надежности
электрооборудования//Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанской ГСХА - Рязань, 2006г – 5 с.
50.
Васильева Т.Н., Лопатин Е.И. Исследование корреляционной связи
климатических факторов, действия персоналии и отказов электрооборудования
распределительных сетей 0,38…10 кВ//Сборник научных статей 63 международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых
ученых. Мичуринск: МичГАУ, 2011. – 4 с.
51.
Васильева Т.Н., Микрюков Д.Н. //Прогнозирование отказов элек-
трооборудования воздушных линий электропередачи 0,4 кВ, обусловленных
воздействием климатических факторов. - Электрика №7, 2007г. – 7 с.
52.
Васильева Т.Н., Микрюков Д.Н. Прогнозирование расхода запас-
ных частей// Сборник научных трудов по 19 межвузовской научнопрактической конференции, Брянск, 2006 - 4 с.
53.
Васильева Т.Н., Абакумов С.В. К организации эксплуатации се-
тевых сооружений// Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанской ГСХА - Рязань, 2006г- 6 с.
54.
Васильева Т.Н., Глимаков С.С. Герметичные силовые трансфор-
маторы// Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава
Рязанской ГСХА - Рязань, 2007г. – 4 с.
55.
Васильева Т.Н., Щетинин В.В. Монтаж соединительной муфты.
//Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанской
ГСХА - Рязань, 2007г. – 5с.
56.
Васильева Т.Н., Лопатин Е.И. Стратегия обслуживания электро-
оборудования //Материалы XIV Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Молодежь, талант, знания –
АПК России», посвященный 80-летию ФГОУ ВПО УГАВМ, г. Троицк, 2 – 3
декабря, 2009 г.- 3с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
191
57.
Васильева Т.Н., Лисев А.С. Методы расчета показателей надеж-
ности систем электроснабжения //Материалы XIV Международной научнопрактической конференции молодых ученых и специалистов «Молодежь, талант, знания – АПК России», посвященный 80-летию ФГОУ ВПО УГАВМ, г.
Троицк, 2 – 3 декабря, 2009 г.- 3с.
58.
Васильева Т.Н., Лопатин Е.И. Дистанционный контроль техниче-
ского состояния опор воздушных линий 0,4…10 кВ// Материалы 1Х Международной научно-практической конференции «Автоматизация 2010» г. Углич, 14–16 сентября 2010 г. - 5 с.
59.
Васильева Т.Н., Лисев А.С., Влияние несинусоидальности
напряжения на работу электрической сети //Сборник научных работ студентов Рязанского агротехнологического университета имени П.А.Костычева, Рязань, 2011. – 6 с.
60.
Васильева Т.Н., Свирина Е.С. Комплектные трансформаторные
подстанции блочно-модульного типа КТПБ(М)// Сборник научных работ
студентов
Рязанского
агротехнологического
университета
имени
П.А.Костычева, -Рязань, 2011. – 4 с.
61.
Васильева Т.Н., Лопатин Е.И. Анализ надежности электрообору-
дования распределительных сетей в сельском хозяйстве //Сборник научных
трудов по материалам международной научно-практической конференции
«Инновационные технологии и средства механизации в растениеводстве и
животноводстве» Рязанского агротехнологического университета имени
П.А.Костычева, - Рязань, 2011 – 5 с.
62.
Васильева Т.Н. Таканаев А.А.,Анализ отказов воздушных линий
напряжением 10 кВ Сборник научных трудов «Актуальные проблемы и их
инновационные решения в АПК» Рязанского агротехнологического университета имени П.А.Костычева, - Рязань, 2011. – 6 с.
63.
Васильева Т.Н., Булгакова А.В. Анализ отказов кабельных линий
напряжением 0,4-10 кВ// Сборник научных трудов «Актуальные проблемы и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
192
их инновационные решения в АПК» Рязанского агротехнологического университета имени П.А.Костычева, - Рязань, 2011. – 7 с.
64.
Васильева Т.Н., Лопатин Е.И. Использование программного
обеспечения для оценки организационно-технических мероприятий повышения надежности электроснабжения //Вестник Рязанского агротехнологического университета имени П.А.Костычева, Рязань. - 2011, № 2(10). – 4 с.
65.
Васильева Т.Н., Лопатин Е.И. Анализ причин отказов электриче-
ского оборудования распределительных сетей 0,38…10 кВ// Вестник Рязанского агротехнологического университета имени П.А.Костычева, - 2011, №
3(10). – 3 с.
66.
Васильева Т.Н., Лопатин Е.И. Оценка эффективности мероприя-
тий по повышению надежности воздушных линий// Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2011г., № 6. – 3 с.
67.
Васильева Т.Н., Попов В.Ю. Анализ нарушений электроснабже-
ния потребителей из-за отключений напряжения// Сборник научных трудов
студентов магистратуры ФГБОУ ВПО РГАТУ, Рязань, 2012 г. – 8 с.
68.
Васильева Т.Н., Свирина Е.С. Вариационный анализ отказов воз-
душных линий электропередачи напряжением 0,4 кВ // Сборник научных
трудов студентов магистратуры ФГБОУ ВПО РГАТУ, Рязань, 2012 г.- 4 с.
69.
Васильева Т.Н., Аронов Л.В. Методы исследования несимметрии
и несинусоидальности тока и напряжения в сетях электроснабжения
//Межвузовский сборник научных трудов студентов ФГБОУ ВПО РГРУ, Выпуск 6, Рязань, 2012 г.- 5 с.
70.
Васильева Т.Н., Аронов Л.В. Потери мощности силового транс-
форматора, обусловленные несинусоидальностью и несимметрией в сетях
сельскохозяйственного назначения// Актуальные проблемы энергетики
АПК// Материалы Ш Международной научно-практической конференции,
ФГБОУ ВПО СГАУ, г. Саратов, 2012. – 4 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
193
71.
Васильева Т.Н., Соловьев Р.И., Лопатин Е.И. Эксперт-1.0
//Патент на изобретение № 2012614851, заявка № 2012612412, приоритет от 2
апреля 2012г., зарегестрировано 30 мая 2012г. 6 с.
72.
Васильева Т.Н., Аронов Л.В. Потери от несинусоидальности.//
Сельский механизатор, № 6, 2012г.- 6 с.
73.
Самсонов В.С. Экономика предприятий энергетического ком-
плекса: Учеб.для вузов/ В.С.Самсонов, М.А.Вяткин – М.: Высш.шк., 2001. –
416 с.:ил.
74.
Типовая инструкция по расследованию и учету нарушений в ра-
боте объектов энергетического хозяйства потребителей электрической и тепловой энергии. 2006 – 95 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
194
Содержание
Введение
4
1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
И СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
8
1.1 Термины и определения
8
1.2. Характеристики случайных величин
38
1.3. Основные показатели надежности электрооборудования
52
1.4. Количественные характеристики надежности
61
1.5. Периоды работы электрооборудования
67
2. ЭЛЕМЕНТЫ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ПЛАНИРОВАНИЯ, ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА
РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
71
2.1. Общие сведения
71
2.2. Планирование эксперимента на основе
выборочного метода
73
2.3. Обработка и анализ результатов наблюдений
75
2.4. Характер и причины отказов электрооборудования
распределительных сетей потребителей сельского хозяйства
81
2.4.1. Категории потребителей по надежности электроснабжения
81
2.4.2. Надежность электрооборудования
84
3. НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
92
3.1. Общие сведения
92
3.2. Последовательное соединение элементов
97
3.3. Параллельное соединение элементов
100
3.4. Резервирование в системах электроснабжения
107
3.5. Технико-экономическое обоснование
повышения надежности системы электроснабжения
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
195
4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
ЭНЕРГОСИСТЕМ И ОБОРУДОВАНИЯ
120
4.1. Основные понятия, термины и определения
120
4.2. Производственная эксплуатация электроэнергетического
оборудования
124
4.3. Техническое обслуживание оборудования
132
4.4. Типовая номенклатура технического обслуживания
электрооборудования
135
5. ХАРАКТЕРИСТИКА НАДЕЖНОСТИ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГОСНАБЖАЮЩИХ
ПРЕДПРИЯТИЙ РЯЗАНСКОГО РЕГИОНА
140
5.1. Характеристика работы энергоснабжающих
предприятий Рязанского региона
140
5.2. Анализ работы основного силового электрооборудования
147
5.3. Анализ надежности электрооборудования
кабельных линий электропередачи
151
5.4. Отказы воздушных линий электропередачи
160
5.5. Анализ надежности силового электрооборудования
167
Литература
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
196
Монография
Татьяна Николаевна ВАСИЛЬЕВА
Надежность и техническое
обслуживание электроэнергетических систем
в сельском хозяйстве
Научный редактор Т. Н.Васильева
Художественный редактор И. С. Боровкова
Технический редактор Н. В.Симонова
Корректор М. В.Симонов
Выпускающие М. А. Епишкина
Бумага офсетная. Гарнитура Times.Печать лазерная
Усл.печ.л.12,2. Тираж 500 экз. Заказ № 930
Подписано в печать 05.04.2013
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Рязанский государственный агротехнологический университет
имени П.А.Костычева»
390044 г.Рязань, ул.Костычева, 1
Отпечатано в издательстве учебной литературы и
учебно-методических пособий
ФГБОУ ВПО РГАТУ
390044 г.Рязань, ул.Костычева, 1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
197
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа