Мощность, перспективы развития, назначение электроустановки и прочие факторы влияют на определение степени надежности электроснабжения. Способность системы электроснабжения и ее элементов выполнять поставленные задачи по обеспечению электрической энергией предприятий, бытовых потребителей, не приводящие к срыву плана производства, обесточиванию целых жилых кварталов городов и сел, а также не приводящие к авариям в технологических и электрических частях промышленных предприятий – это все характеризует надежность электроснабжения. Также она может быть охарактеризована ущербом, нанесенным при перерыве электропитания, продолжительностью ремонта, временем безотказной работы и другими факторами.
Число отказов от нормальной работы в год определяет степень повреждаемости системы. Повреждаемость состоит из повреждаемости оборудования (электрические машины и аппараты, кабели, трансформаторы, бытовые устройства и системы), возникающей из-за ошибок обсуживающего персонала, нарушения правил эксплуатации устройств, наличие агрессивных сред на производстве, ошибок при проектировании и монтаже. При проведении расчетов надежности проектируемого объекта обязательно учитываются два ключевых фактора: безотказность системы и ее ремонтопригодность.
Непрерывная безотказная работа в течении какого-то промежутка времени при нормальных условиях эксплуатации называют безотказностью. Примером может послужить интенсивность отказов для установки, вероятность безотказной работы, но этот пример для не ремонтируемых устройств или заменяющихся после первого отказа. А наработка на отказ, количество отказов – это для ремонтируемых устройств. Среднее время безотказной работы за какой-то промежуток времени – это наработка на отказ.
Предупреждение, обнаружение и своевременное устранение неисправностей путем проведения технических обслуживаний и ремонтов – это ремонтопригодность. Примером ремонтопригодности может послужить среднее время восстановления, вероятность проведения ремонта в указанные сроки.
Режим работы, при котором возможно исчезновение напряжения питания (ввод резервного питания) не приводящие к расстройству технологических циклов и процессов, не приводят к значительному ущербу и возникновению опасности аварийных ситуаций называют бесперебойным питанием.
Для обеспечения надежной работы ответственных потребителей электрической энергии при нормальных и послеаварийных режимах необходимо:
Надежность систем электроснабжения, в первую очередь, определяется конструктивными и схемными решениями при построении данных систем. Также не последнюю роль в повышении надежности систем электроснабжения играет разумное использования резервных источников питания, надежность работы каждого элемента систем, в частности электрооборудования. К сожалению именно надежность электрооборудования является ключевым фактором при возникновении чрезвычайных происшествий. Эти факторы, к сожалению, в минимальной степени зависят от проектировщика. Наиболее оптимальное решение не может быть принято без хорошего знания и учета всех особенностей проектируемых предприятий.
Как известно каждое производство имеет свои особенности технологических процессов. Брак продукции, порча электрооборудования, возникновения ситуаций угрожающих жизни и здоровью людей – это все возникает при перерыве в электроснабжении. Причем время перерыва может составлять до 30 минут на одних предприятиях, а на других 2-3 часа и более. Также отличие есть и во времени, необходимом для восстановления нормального производственного цикла после перерыва питания электроэнергией. Это время может колебаться от 5 минут до 2 часов, а иногда и более.
Некоторые производства после восстановления электропитания работают с пониженной производительностью (бумагоделательные машины) от нескольких часов до нескольких суток. Если происходит перерыв питания прокатного стана хотя-бы на 10-15 минут, это не приведет к массовому браку продукции, но из-за перерыва в работе стана нарушится технологический процесс. Слитки, подготовленные к прокату, за время останова остынут. Их необходимо подогреть, что приведет к финансовым затратам, а в плавильных печах необходимо поддерживать постоянную температуру даже на время простоя стана, что ведет дополнительным тратам на топливо. После восстановления напряжения питания прокатного стана необходимо не менее 1 часа для восстановления нормального технологического цикла.
Ниже приведен график зависимости восстановления технологического процесса на азотно-туковом заводе:
Где t э – время прерывания электроснабжения часов, t п – время восстановления нормального цикла производства. Как упоминалось выше, при перерыве подачи электроэнергии восстановления нормального цикла производства для каждого цеха может иметь разное время. Ниже приведен график зависимости восстановления технологического процесса на заводе по производству синтетического спирта и полиэтилена:
Где t э – время прерывания электроснабжения часов, t п – время восстановления нормального цикла производства, 1 – цех пиролиза, 2 – цех газораспределения, 3 – цех гидрации и ректификации спирта, 4 – цех полиэтилена низкого давления, 5 — цех полиэтилена высокого давления.
Также перерывы в подаче электрической энергии ведет к нарушению технологических процессов, что существенно влияет на выпуск продукции. Ниже приведен график изменения технологического параметра при перерыве электроснабжения:
Чтобы сохранить бесперебойную работу технологической установки необходимо не превышать продолжительность перерыва t пер. больше допустимого t доп.т. , с одной стороны и величину допустимую по условиям самозапуска (например приводного электродвигателя) t доп.э. :
Для повышения надежности электроснабжения необходимо изучить все возможные варианты систем электроснабжения. Учесть все возможные влияния на безотказную работу электрооборудования, проанализировать количество и технологические параметры приемников особой категории, изучить влияние агрессивных сред (при их наличии) на системы питания. Также при резервировании нужно учитывать время ввода резерва, чтобы избежать нарушений в технологических процессах и не создавать аварийных ситуаций. Немаловажную роль играет правильный выбор электрооборудования, а также при эксплуатации своевременное проведение ремонтов и обслуживания электрооборудования.
1.Основные понятия и определения теории надежности
электрооборудования
2. Показатели надежности
3. Вероятностные характеристики показателей надежности
4. Простейшие методы расчета надежности
1.Основные понятия и определения теории надежности электрооборудования
В процессе эксплуатации оборудование переходит многократно из одного состояния в другое, как показано на рисунке 5.1. Состояния 1 и 2 определяются технологическими особенностями оборудования. Например, в сельском хозяйстве, наряду с круглогодичным использованием, часто наблюдается сезонная занятость. Продолжительность хранения и использования достаточно точно определяется производственными характеристиками оборудования.
Частота перехода оборудования из состояния 2 в состояние 3 и продолжительность пребывания в ремонте заранее неизвестны. Также нельзя сразу определить частоту перехода в состояние 4. Но без этих данных нельзя организовать рациональное техническое обслуживание или его ремонт. Такие сведения позволяют получить методы теории надежности.
Во всех сферах деятельности и общения у человека возникает потребность оценить успешность своих действий. В таких ситуациях возникает интуитивное представление о надежности как об уверенности в осуществлении своих замыслов. Наука о надежности исключает произвольные толкования, заменяя их четкими понятиями, определениями, и устанавливает количественное описание свойств надежности.
Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки (ГОСТ 27.002-86^ Можно сказать,
что надежность характеризует способность объекта сохранять свои первоначальные качества в процессе эксплуатации.
Теория надежности возникла на стыке ряда научных дисциплин: теории вероятностей и случайных процессов, математической логики, технической диагностики и др. Она изучает закономерности изменения показателей качества объектов с течением времени, а также физическую природу этих изменений. В теории надежности сложное явление изменчивости изучают путем использования идеализированных понятий о состояниях, свойствах и событиях и т. п. Приближенная замена реальных явлений и объектов идеализированными моделями позволяет установить количественные связи между интересующими показателями и определить эти показатели с достаточной для практики точностью.
Способность объекта выполнять требуемые функции оценивают несколькими состояниями, в пределах которых параметры объекта остаются постоянными.
Исправность - состояние объекта, при котором он соответствует всем установленным требованиям.
Неисправность - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из указанных требований.
Работоспособность - состояние соответствия установленным требованиям тех параметров, которые характеризуют способность выполнять указанные функции.
Неработоспособность - состояние, при котором хотя бы один параметр работоспособности не соответствует установленным требованиям.
Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима по условиям безопасности или нецелесообразна по экономическим критериям.
Центральным понятием теории надежности служит отказ - событие, заключающееся в потере работоспособности, т. е. переход из работоспособного в неработоспособное состояние. Различают внезапные и постепенные, полные и частичные отказы.
Внезапные отказы наступают неожиданно, мгновенно из-за внезапной концентрации нагрузки или аварийной ситуации.
Постепенные отказы возникают под действием постепенного изменения свойств объектов, старения или износа деталей.
Полный отказ приводит к полной потере работоспособности, а частичный - лишь к утрате отдельных функций объекта.
Рис. 5.1. Модель состояния оборудования
Объект (в теории надежности) - предмет определенного целевого назначения, в жизненном цикле которого выделяют стадии проектирования, изготовления и эксплуатации. Объектом может быть система или элемент.
Система - это совокупность взаимосвязанных устройств, предназначенная для самостоятельного достижения некоторой цели.
Элемент - часть системы, которая способна выполнять некоторые локальные функции системы.
Представление объекта в виде системы или элемента зависит от постановки задачи и является условной процедурой. Например, при изучении надежности парка электрооборудования предприятия электропривод рассматривают как элемент, а в других случаях как систему, в которой выделяют ряд элементов (пусковую аппаратуру, устройство защиты, двигатель и т.д.).
В свою очередь элементы и системы, допускающие восстановление
работоспособности после отказа, называют восстанавливаваемыми, а в
противном случае - ^восстанавливаемыми (неремонтируемыми). К первому
виду относят, например, трансформаторы двигатели, а к второму -
электроосветительные лампы и трубчатые нагреватели. Таким образом,
элементы (системы), изучаемые в теории надежности, имеют три главных
признака, характеризующих: природу отказов (внезапные и постепенные);
виды отказов по их последствиям (полные и частичные); приспособленность
к ремонту (ремонтируемые и неремонтируемые).
В зависимости от сочетания этих признаков элементы (системы) разделяют на простые и сложные. Простым считают элемент, который имеет внезапные полные отказы, поэтому не подлежит ремонту. Сложный элемент имеет наряду с перечисленными и ряд дополнительных признаков, т. е. он имеет внезапные и постепенные отказы (или только постепенные), "отказы могут быть частичными, их последствия устраняют в итроцессе ремонта.
; При изучении надежности объекта как способности сохранять свои параметры в процессе эксплуатации возникает необходимость оценить стабильность этих параметров на разных этапах эксплуатации, приспособленность к ремонту и ряд других призна-"ков. Поэтому надежность - сложное, комплексное свойство объекта, включающее ряд более простых свойств (в отдельности или в определенном сочетании) (ГОСТ 27.002-86):
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или наработки;
Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность объекта до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта;
Ремонтопригодность - приспособленность к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов (повреждений), к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов;
Сохраняемость - свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности во время хранения или транспортировки;
Устойчивость - способность объекта переходить при различных возмущениях от одного устойчивого режима к другому;
живучесть - свойство системы противостоять крупным возмущениям, не допуская развития аварий.
На практике различают конструкционную и эксплуатационную надежность. Конструкционной называют номинальную надежность, которая определяет способность к стабильному функционированию в типовых (номинальных) условиях эксплуатации. Она характеризует свойства объекта, заложенные при его проектировании и изготовлении.
Под эксплуатационной понимают надежность, наблюдаемую в условиях эксплуатации с учетом всей совокупности воздействий: дестабилизирующих факторов окружающей среды, реальных режимов использования, качества технического обслуживания и ремонтов.
Задачи эксплуатационной надежности приобрели большую актуальность в связи с тем, что многие виды электрооборудования сельскохозяйственных предприятий, имея достаточно высокие показатели конструкционной надежности, по эксплуатационным показателям не отвечают требованиям производства. Так, двигатели серии 4А рассчитаны на безотказную работу в течение 10 лет, а фактическое время безотказной работы до капитального ремонта составляет: в животноводстве - 3,5 года, в растениеводстве - 4 года, на подсобных предприятиях - 5 лет.
Показатели надежности служат для количественной оценки уровня надежности объекта. С их помощью сравнивают надежность различных объектов между собой или надежность одного и того же объекта в разных условиях либо на разных этапах эксплуатации. По ремонтопригодности выделяют дополнительно показатели для восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов.
Кроме того, показатели могут быть единичными и комплексными. Единичный показатель относят к одному из свойств, а комплексный - к нескольким свойствам.
Введение показателей надежности основывают на рассмотрении эксплуатации как процесса случайного изменения свойств объекта в виде последовательного чередования работоспособного и неработоспособного состояний. Другими словами, процесс изменения свойств объекта - это поток случайных дискретных изменений состояний. При таком представлении мерой надежности служат характеристики перехода объекта из одного состояния в другое. Используя их, определяют, как часто осуществляются переходы, как долго объект находится в работоспособном и неработоспособном состояниях, какова вероятность наступления этих событий и т. д.
Показатели безотказности характеризуют способность объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого
времени (некоторой наработки). Их содержание поясняет следующий пример.
Интенсивность отказов
Показатели ремонтопригодности . Ремонтопригодность по ГОСТ 27301-86 - приспособленность к предупреждению и обнаружению причин отказов и устранению их последствий путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Конструкционная ремонтопригодность характеризует лишь техническую сторону восстанавливаемости объекта; эксплуатационная - дополнительно быстроту восстановления и зависит от квалификации обслуживающего персонала, а также его материально-технического обеспечения.
Вопрос о процессе восстановления был затронут при рассмотрении безотказности ремонтируемых элементов. Там предполагалось, что все отказы устраняют мгновенно. На самом деле каждый отказ устраняют в некотором интервале времени, являющемся случайной величиной. Поэтому процесс восстановления считают потоком случайных событий.
Среднее время восстановления Тв - это математическое ожидание продолжительности восстановления работоспособности после отказа элемента
Показатели долговечности . Под долговечностью понимают свойство элемента сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при надлежащем техническом обслуживании и ремонте. Для восстанавливаемых элементов долговечность совпадает с временем их эксплуатации до отказа. Количественные оценки долговечности - срок службы и ресурс.
Ресурсом называют наработку объекта от начала эксплуатации или после ремонта до наступления предельного состояния. Различают средний ресурс и гамма-процентный ресурс.
Средний срок службы - средняя календарная продолжительность службы объектов. Различают средний срок службы до первого капитального ремонта и между капитальными ремонтами.
Средний срок службы до списания - средняя календарная продолжительность эксплуатации до предельного состояния.
Гамма-процентный срок службы - средняя календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью у процентов.
Показатели сохраняемости характеризуют свойство элемента сохранять эксплуатационные качества во время хранения и транспортировки. Для этого используют средний срок сохраняемости Тх и интенсивность отказов при хранении Хх. Свойство сохраняемости можно рассматривать как специфический случай безотказности в период хранения и транспортировки. В сельском хозяйстве большая часть энергетического оборудования занята в течение года от двух до шести месяцев, а остальное время ее не используют. Для такого оборудования свойство сохраняемости имеет первостепенное значение.
Комплексные показатели надежности . Коэффициент готовности КГ характеризует готовность объекта к применению по назначению:
Коэффициент технического использования Кти характеризует время нахождения объекта в работоспособном состоянии с учетом простоя объекта на всех видах технического обслуживания и ремонта:
Показатели надежности электроснабжения . Все перечисленные показатели можно использовать для оценки системы сельского электроснабжения, главное требование к которой - бесперебойное снабжение электрической энергией присоединенных к ней потребителей. Поэтому основными показателями надежности принято считать число (п) и длительность (ТОТКл) отключений.
Отключения сельских сетей происходят по различным причинам. Они могут
быть случайными (внезапными) или преднамеренными (плановыми). Первые
возникают при аварийных ситуациях, а вторые осуществляет обслуживающий
персонал в плановом порядке. Аварийные отключения из-за своей
неожиданности приносят больший ущерб, чем плановые. Для учета этих
особенностей вводят понятие эквивалентной продолжительности отключений
Показатели надежности могут принимать значения,
неизвестные заранее, т. е. являются случайными величинами. Такие
величины изучают в теории вероятностей, где вероятность - это
количественная оценка возможности появления случайного события, или
случайной величины.
При помощи теории надежности определяют общие закономерности изменения эксплуатационных свойств оборудования. Эти закономерности имеют важное значение для решения общих задач, связанных с выбором схем электроустановок, режимов их использования, стратегии обслуживания и т. п. Для решения инженерных задач необходимо иметь численные значения показателей надежности.
Основной закон надежности устанавливает связь между тремя показателями: вероятностью безотказной работы, средней наработкой на отказ и интенсивностью отказов. Если известны два из них, то третий легко определить из этого закона. Простейшие методы расчета надежности рассмотрим, решая задачи.
..
