Niezawodność urządzeń elektrycznych i systemów elektroenergetycznych
Podstawowe pojęcia i definicje niezawodności
Niezawodność jest ściśle związana z różnymi aspektami eksploatacji instalacji elektrycznych. Niezawodność - właściwość obiektu do wykonywania określonych funkcji, utrzymywanie na czas wartości jego wskaźników wydajności w określonych granicach, odpowiadających określonym trybom i warunkom użytkowania, konserwacji, naprawy, przechowywania i transportu.
Niezawodność w zakresie systemów zasilania: ciągłe zasilanie w dopuszczalnych granicach wskaźniki jego jakości oraz eliminowanie sytuacji niebezpiecznych dla ludzi i środowiska. W takim przypadku obiekt powinien działać.
Pod pojęciem operatywności rozumie się taki stan elementów wyposażenia elektrycznego, w którym są one w stanie wykonywać określone funkcje, przy zachowaniu wartości określonych parametrów w granicach określonych przez dokumentację normatywną i techniczną.W takim przypadku elementy mogą nie spełniać np. wymagań związanych z wyglądem.
Zdarzenie związane z awarią sprzętu nazywa się odrzuceniem... Przyczyną awarii mogą być wady projektowe, produkcyjne i naprawcze, naruszenia zasad i przepisów eksploatacyjnych, naturalne procesy zużycia. Ze względu na zmianę głównych parametrów urządzeń elektrycznych do momentu wystąpienia awarii wyróżnia się awarie nagłe i stopniowe.
Nagła awaria nazywana jest awarią, która występuje w wyniku nagłej gwałtownej zmiany jednego lub kilku podstawowych parametrów (zanik fazy w liniach kablowych i napowietrznych, zniszczenie połączeń stykowych w urządzeniach itp.).
Uszkodzeniem stopniowym nazywamy uszkodzenie, które powstaje w wyniku długotrwałej, stopniowej zmiany parametrów, najczęściej w wyniku starzenia lub zużycia (pogorszenie rezystancji izolacji kabli, silników, wzrost rezystancji stykowej połączeń stykowych itp.). Jednocześnie zmiany parametru w stosunku do poziomu wyjściowego w wielu przypadkach można rejestrować za pomocą urządzeń pomiarowych.
Nie ma zasadniczej różnicy między awariami nagłymi i stopniowymi. nagłe awarie w większości przypadków są wynikiem stopniowej, ale ukrytej przed obserwacją zmiany parametrów (np. zużycia zespołów mechanicznych styków wyłącznika), gdy ich zniszczenie odbierane jest jako zdarzenie nagłe.
Awaria nieodwracalna oznacza utratę wydajności… Przerywana — wielokrotnie samousuwająca się awaria obiektu.Jeśli awaria obiektu nie jest spowodowana awarią innego obiektu, wówczas uważa się ją za niezależną, w przeciwnym razie — zależną.
Awaria wynikająca z niedoskonałości lub naruszenia ustalonych zasad i przepisów projektowych nazywana jest konstrukcyjną… Awaria, która wystąpiła w wyniku niedoskonałości lub naruszenia ustalonego procesu produkcji lub naprawy obiektu przeprowadzonego w przedsiębiorstwie naprawczym - produkcja … Awaria w wyniku naruszenia ustalonych zasad lub warunków eksploatacji — eksploatacyjnych… Przyczyna odrzucenia — wada.
Niezawodność jest jedną z właściwości urządzeń elektrycznych i systemów elektroenergetycznych, która objawia się dopiero podczas eksploatacji. Niezawodność jest definiowana podczas projektowania, zapewniana podczas produkcji, zużywana i utrzymywana podczas eksploatacji.
Niezawodność to złożona właściwość, która w zależności od specyfiki instalacji elektrycznej i warunków jej eksploatacji może obejmować: niezawodność, trwałość, konserwację, przechowywanie oddzielnie lub w określonej kombinacji, zarówno instalacji elektrycznej, jak i jej poszczególnych elementów. .
Czasami niezawodność jest utożsamiana z niezawodnością (w tym przypadku niezawodność jest rozpatrywana w „wąskim znaczeniu”).
Niezawodność - właściwość środków technicznych zapewniająca ciągłość działania przez określony czas. Jest to najważniejszy składnik niezawodności instalacji elektrycznych, zależny od niezawodności elementów, schematu ich połączeń, cech konstrukcyjnych i użytkowych oraz warunków eksploatacji.
Trwałość - właściwość środka technicznego pozwalająca na pozostawanie w eksploatacji do momentu wystąpienia stanu granicznego przy założonym systemie konserwacji i napraw.
W rozpatrywanym przypadku o stanie granicznym środków technicznych decyduje niemożność ich dalszego funkcjonowania, spowodowana albo spadkiem sprawności, albo wymaganiami bezpieczeństwa, albo początkiem starzenia się.
Konserwacja — właściwość środka technicznego, którą jest przystosowanie do zapobiegania i wykrywania przyczyn uszkodzeń oraz usuwania ich skutków poprzez konserwację i naprawę.
Konserwacja charakteryzuje większość elementów instalacji elektrycznych i nie ma sensu tylko w przypadku tych elementów, które nie są naprawiane podczas eksploatacji (np. izolatory linii napowietrznych (WN)).
Trwałość — właściwość środka technicznego do ciągłego utrzymywania zdatnego (nowego) i zdatnego do użytku stanu podczas przechowywania i transportu. Konserwacja elementów PP charakteryzuje się ich odpornością na negatywne skutki warunków przechowywania i transportu.
Wybór ilościowych wskaźników niezawodności zależy od rodzaju urządzeń elektroenergetycznych. Te elementy instalacji elektrycznych, których działanie w przypadku uszkodzenia nie może zostać przywrócone podczas eksploatacji (przekładniki prądowe, wkładki kablowe itp.) nazywane są nienaprawialnymi.
Odzyskiwalne to produkty, których wydajność w przypadku uszkodzenia musi zostać przywrócona podczas eksploatacji. Przykładami takich produktów są maszyny elektryczne, transformatory mocy itp.
O niezawodności produktów regenerowanych decyduje ich niezawodność, trwałość, konserwacja i przechowywanie, a o niezawodności produktów nieodnawialnych ich niezawodność, trwałość i przechowywanie.
Czynniki wpływające na niezawodność elementów instalacji elektrycznej
Instalacje elektryczne służące do przetwarzania, przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej narażone są na dużą liczbę czynników, które można podzielić na cztery grupy: wpływ środowiska, błędy eksploatacyjne, przypadkowe, projektowe i instalacyjne.
Czynniki środowiskowe, w których funkcjonują elementy instalacji elektrycznych to m.in. intensywność burz i aktywności wiatrów, osady lodowe, ulewne deszcze, opady atmosferyczne, gęste mgły, mróz, rosa, promieniowanie słoneczne i inne. Większość czynników środowiskowych jest wymieniona w podręcznikach dotyczących klimatu.
W odniesieniu do urządzeń przesyłowych — linii napowietrznych wszystkich klas napięć — najbardziej charakterystycznymi czynnikami przyczyniającymi się do ich uszkodzenia są opady deszczu, opady atmosferyczne, gęste mgły, mróz i rosa, a dla transformatorów elektroenergetycznych instalowanych na instalacjach elektrycznych typu otwartego czynniki środowiska obejmują energię słoneczną, promieniowanie, ciśnienie atmosferyczne, temperaturę otoczenia (czynnik ściśle związany z kategorią lokalizacji i warunkami klimatycznymi).
Cechą działania elementów instalacji elektrycznych typu otwartego wszystkich klas napięć jest zmiana wszystkich czynników, na przykład zmiana temperatury od + 40 ± do -50 ± C.Wahania intensywności aktywności burzowej w regionach naszego kraju wahają się od 10 do 100 i więcej godzin burzowych rocznie.
Oddziaływanie zewnętrznych czynników klimatycznych prowadzi do powstawania wad podczas eksploatacji: zawilgocenia oleju w transformatorach i wyłącznikach olejowych, zawilgocenia izolacji w zbiorniku oraz izolacji trawersów wyłączników olejowych, zawilgocenia ramy przepustowej, zniszczenia podpór i izolatorów przepustów pod wpływem lodu, obciążenia wiatrem itp. Dlatego dla każdego regionu klimatycznego podczas eksploatacji instalacji elektrycznej konieczne jest uwzględnienie czynników środowiskowych.
Czynnikami eksploatacyjnymi są przeciążenia elementów instalacji elektrycznej, prądy zwarciowe (nadprądowe), różnego rodzaju przepięcia (wyładowania łukowe, łączeniowe, rezonansowe itp.).
Zgodnie z zasadami eksploatacji technicznej linie napowietrzne 10 — 35 kV z izolowanym przewodem neutralnym mogą pracować w przypadku zwarcia doziemnego jednofazowego, a czas ich usuwania nie jest znormalizowany. W tych warunkach pracy zwarcia łukowe w rozgałęzionych sieciach dystrybucyjnych są główną przyczyną uszkodzeń osłabionej izolacji.
W przypadku transformatorów mocy najbardziej wrażliwymi czynnikami eksploatacyjnymi są ich przeciążenia, siły mechaniczne działające na uzwojenia przy prądach zwarciowych. Istotne miejsce wśród czynników operacyjnych zajmują kwalifikacje personelu i towarzyszące im efekty (błędy popełniane przez personel, niska jakość napraw i konserwacji itp.).
Do grupy czynników wpływających pośrednio na niezawodność instalacji elektrycznych należą błędy projektowe i instalacyjne: nieprzestrzeganie wytycznych podczas projektowania, nieprzestrzeganie wymagań niezawodnościowych, nieprzestrzeganie wielkości prądów pojemnościowych w sieciach 10 — 35 kV oraz ich kompensacji podczas rozbudowy sieci, niskiej jakości produkcji elementów instalacji elektrycznej, wad instalacji itp.
Niewielką grupę czynników wpływających na niezawodność pracy instalacji elektrycznych stanowią czynniki przypadkowe: kolizja maszyn transportowych i rolniczych na podporach, nakładanie się poruszającego się pojazdu pod liniami napowietrznymi, przerwanie przewodów itp.
Niezawodność zasilania odbiorców
Tworzenie takich układów jest technicznie możliwe, a takie, które zawodzą, rzadko się zdarzają (wysoce niezawodne elementy z doskonałym układem obsługi tonicznej, stosowanie obwodów z wielokrotnymi cięciami itp.). Jednak stworzenie takich systemów będzie wymagało zwiększonych inwestycji. i koszty eksploatacji. Dlatego istnieją rozwiązania poprawiające aspekt ekonomiczny niezawodności: dążą one nie do maksymalnej możliwej do osiągnięcia niezawodności, ale do niezawodności racjonalnej, optymalnej według każdego kryterium technicznego i ekonomicznego.
Do standardowych rozwiązań konstrukcyjnych PUE nie wymaga obliczeń niezawodnościowych: wyróżniono kategorie odbiorców energii pod względem niezawodności zasilania (ogólnie różnią się one wielkością uszkodzeń spowodowanych awarią zasilania), dla których redundancja sieci (liczba niezależnych źródeł) oraz obecność automatyki awaryjnej ( dopuszczalny czas trwania awarii zasilania).
Pod względem zapewnienia niezawodności zasilania PUE dzieli odbiorców energii elektrycznej na trzy kategorie: pierwszą, drugą i trzecią. Przypisanie odbiornika elektrycznego do jednej lub drugiej kategorii pod względem niezawodności musi nastąpić na podstawie dokumentacji regulacyjnej, a także w technologicznej części projektu (tj. Jest to określane przez inżynierów projektantów).
Aby uzyskać więcej informacji na temat cech każdej kategorii, zobacz tutaj: Kategorie niezawodności zasilania odbiorników elektrycznych