В.В. Карпов, В.К. Федоров, В.К. Грунин

Основы Теории Надежности

Систем Электроснабжения

Учебное пособие

Омск - 2002

УДК 621.31

ББК 31.27

А 67

Рецензенты:

Коврижин Б.Н.- канд. техн. наук, ведущий инженер МУП Омскэлектро

Небускин В.Ф.- главный инженер ТУ Омскэнергонадзор

Составители:

Карпов В.В., Федоров В.К., Грунин В.К., Осипов Д.С.

А 67 Основы теории надежности систем электроснабжения

В учебном пособии изложены основные сведения по теории надежности систем электроснабжения.

Рассмотрены вопросы практического применения теории надежности при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения и основные показатели надёжности работы электрооборудования систем электроснабжения.

Приведены примеры расчётов показателей надёжности систем электроснабжения по значениям вероятностей состояния элементов для различных схем систем электроснабжения.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Электроснабжение» дневного, вечернего и заочного обучения

ВВЕДЕНИЕ

Надежность — понятие старое, но область знаний новая. На протяжении веков вещи и люди назывались надежными, если они соответствовали некоторым ожиданиям, и ненадежными в противном случае.

В производственных системах, в том числе электроэнергетике, необходимо иметь численные меры надежности. Под надежностью понимают вероятность того, что устройство или система будут в полном объеме выполнять свои функции в течение заданного промежутка времени или при заданных условиях работы. Надежность определяется через математическое понятие вероятности.

Истоки создания современной теории надежности относятся во времени к середине XX века. Первые исследования по надежности в электроэнергетике были посвящены расчетам требуемой резервной мощности генераторов электрических станций. Затем начались исследования надежности систем передачи и распределения электроэнергии, включая надежность электрических сетей и надежность потребителей электрической энергии.

Электрическое оборудование промышленных предприятий в процессе эксплуатации оказывается под воздействием разнообразных факторов: повышенной влажности, агрессивных сред, пыли, неблагоприятных атмосферных явлений, а также механических и электрических нагрузок. При этом изменяются основные свойства материалов электроустановок, что приводит к возникновению коротких замыканий, вызывающих отключение электроустановок или электрических сетей, т.е. к перерывам в подаче электрической энергии.

Перерывы электроснабжения приводят к простою производства, снижению объема выпуска продукции, увеличению затрат из-за порчи основного технологического оборудования и т. п. Следует учитывать, что существуют технологические процессы, не допускающие даже кратковременного перерыва электроснабжения. К ним относятся некоторые производства нефтеперерабатывающей, химической и других отраслей промышленности, крупные вычислительные центры и т. д. В связи с этим возникает необходимость в определении способности систем электроснабжения обеспечить бесперебойность подачи электроэнергии при определенных затратах на строительство и эксплуатацию (ремонт и обслуживание). Эти затраты могут быть сопоставлены с материальным убытком, вызываемым перерывами в подаче электроэнергии.

Наряду с задачами анализа надежности действующего оборудования теория надежности решает задачи синтеза, т. е. позволяет принимать обоснованные решения о выборе способов повышения надежности бесперебойного электроснабжения за счет резервирования различных элементов системы электроснабжения, совершенствования организации технического обслуживания и других мероприятий.

Основные термины и определения, применяемые для анализа и синтеза надежности в электроэнергетике, приведены в нормативных документах и рекомендациях:

• ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

• ГОСТ 21.027-75. Системы энергетические. Термины и определения.

• ГОСТ 19.431-84. Энергетика и электрификация народного хозяйства. Основные понятия. Термины и определения.

• Надежность систем энергетики. Терминология: сборник рекомендуемых терминов. М: Наука, 1980. Вып. 95.

Общие понятия

Объект – предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый с точки зрения анализа надежности. В пособии описываются объекты электроэнергетики и технологические установки, использующие электроэнергию.

Элемент – объект, надежность которого изучается независимо от надежности составляющих его частей.

Система – совокупность совместно функционирующих элементов, объединенных для выполнения единой задачи.

Изделие – элемент, надежность которого рассматривается независимо от его места и функции в системе.

Энергетическая система – совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, объединенных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии и тепла при общем управлении этим режимом.

Система электроснабжения (СЭС) – объединенная общим производственным процессом совокупность элементов электрической системы: электрические сети, источники питания этих сетей, электроприемники и соответствующие аппараты управления и резервирования.

Электрическая сеть – совокупность воздушных и кабельных линий электропередачи и электрических подстанций, функционирующих на одной территории.

Система электроснабжения промышленного предприятия – СЭС, предназначенная для питания электроэнергией промышленных объектов.

Система электроснабжения города — СЭС, предназначенная для питания потребителей различного назначения, расположенных на территории города.

Система электроснабжения сельскохозяйственного района – СЭС, предназначенная для питания потребителей сельскохозяйственного назначения, расположенных в сельской местности.

Электроустановка – установка, в которой производится, передается, распределяется или потребляется электрическая энергия.

Технологическая установка – установка, выполняющая технологическую операцию.

Независимый источник питания – источник питания, на котором напряжение сохраняется при исчезновении напряжения на других источниках питания.

Электроприемник – устройство, предназначенное для приема и использования электрической энергии.

Потребитель – один или группа приемников электрической энергии предприятия или организации.

Схема электрических соединений СЭС – схематическое представление связей между источниками питания и пунктами преобразования, распределения и потребления электрической энергии.

Схема замещения (по надежности) – условное представление схемы электрических соединений, состоящей из элементов с надежностными характеристиками.

Резервирование – метод повышения надежности объекта введением избыточности.

Свойства

Надежность – свойство СЭС выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность длительно, с возможными перерывами на ремонт, вплоть до разрушения или другого предельного состояния (например, по условиям безопасности).

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий.

Функция реакции – свойство системы электроснабжения или потребления реагировать на изменения напряжения в зависимости от их величины и продолжительности.