МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ТЮМЕНСКИЙ Индустриальный университет» Тобольский индустриальный институт (филиал) Кафедра электроэнергетики

П.В. Рысев, В.К. Федоров, Г.В. Иванов

Надежность электроснабжения

Учебное пособие

для студентов направления подготовки 13.03.02 -

Электроэнергетика и электротехника

всех форм обучения

Тюмень

ТИУ

2017

УДК 621.31

ББК 31.27

А 67

Рецензенты:

П.А. Катрич, к.т.н., начальник управления энергоинспекции ООО «Омская энергосбытовая компания»;

А.С. Никишкин, заместитель директора по СПО Омского института водного транспорта (филиал) ФГБОУ ВО «СГУВТ».

Надежность электроснабжения: Учеб. пособие / П.В. Рысев, В.К. Федоров, Г.В. Иванов. – Тюмень: Изд-во ТИУ, 2017. – 86 с.

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 надежности работы электрооборудования систем электроснабжения.

Приведены примеры расчетов показателей надежности систем электроснабжения по значениям вероятностей состояния элементов для различных схем систем электроснабжения.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» очного и заочного обучения.

УДК 621.31

ББК 31.27

© Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тюменский индустриальный университет», 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ	5
ВВЕДЕНИЕ	6
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ	8
1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ	9
1.1. Свойства	10
1.2. Состояния	10
1.3. События и процессы	11
2. ПРИЧИНЫ И ХАРАКТЕР ПОВРЕЖДЕНИЙ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ	12
2.1. Воздушные линии электропередачи	12
2.2. Кабельные линии электропередачи	12
2.3. Силовые трансформаторы	13
2.4. Электрические двигатели	14
2.5. Коммутационные электрические аппараты	14
2.6. Релейная защита и автоматика	15
2.6.1. Микропроцессорные устройства РЗА	15
3. МОДЕЛИ ОТКАЗОВ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ	16
3.1. Виды отказов.	16
3.2. Классификация отказов	16
3.3. Типы отказов	18
4. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ	19
4.1. Изменение интенсивности отказов во времени	22
4.2. Определение показателей надежности с помощью экспоненциального закона	23
5. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ	27
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ НАДЕЖНОСТИ ВХОДЯЩИХ В НИХ ЭЛЕМЕНТОВ	33
6.1. Теорема сложения вероятностей	33
6.2. Теорема умножения вероятностей	33
6.3. Надежность систем с последовательным соединением элементов	34
6.4. Надежность систем с параллельным соединением элементов	37
6.5. Резервирование в задачах надежности	38
6.5.1. Надежность систем при постоянном общем резервировании	41
6.5.2. Надежность систем при постоянном раздельном резервировании	45
6.6. Надежность систем со смешанным соединением элементов	47
6.6.1. Метод свертки	48
6.6.2. Приближенный метод преобразования треугольника в звезду и обратно	50
6.6.3. Приближенный метод исключения элементов	52
6.7. Расчет надежности систем электроснабжения логико-вероятностным методом	55
6.7.1. Логические функции работоспособности и неработоспособности	56
6.7.2. Вероятность работоспособного и не работоспособного состояния	57
7. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ СХЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ	58
7.1. Учет преднамеренных отключений	58
7.2. Преднамеренные отключения при последовательном соединении элементов	59
7.3. Преднамеренные отключения при параллельном соединении элементов	62
7.4. Влияние организации обслуживания на надежность схем	63
7.5. Влияние надежности коммутационной аппаратуры и устройств релейной защиты и автоматики на надежность схем	65
7.6. Порядок расчета показателей надежности схем электроснабжения	69
7.7. Расчет показателей надежности электроустановок	72
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК	75
ПРИЛОЖЕНИЯ	77
ПРИЛОЖЕНИЕ 1	78
ПРИЛОЖЕНИЕ 2	80

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное учебное пособие создано на основе учебного пособия «Основы расчетов надежности систем электроснабжения», вышедшего в 2005 году в издательстве «Омский научный вестник».

Необходимость издания нового пособия обусловлена большой популярностью книги, а также ограниченным тиражом.

В новой редакции пособия несколько изменено представление материала, порядок его следования. Некоторые сведения, представленные в виде таблиц, перенесены из основного текста в приложения, также обновлены рисунки, графики и формулы.

В целом пособие стало более информативным, наглядным.

Авторы благодарят рецензентов за замечания, которые позволили улучшить материал пособия. Также авторы выражают благодарность коллективу кафедры электроэнергетики филиала ТИУ в г.Тобольске за помощь и поддержку в подготовке и издании пособия.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Надежность – понятие комплексное, которое включает в себя очень много аспектов. Надежность систем изучается при подготовке специалистов и бакалавров по всем техническим специальностям и направлениям ввиду важности вопросов, связанных с безотказностью систем.

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.

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, после – надежности устройств защиты и автоматики.

Электрическое оборудование электрических сетей и электроэнергетических систем 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, что в свою очередь может приводить к перерывам в подаче электрической энергии (электроснабжении).

Перерывы электроснабжения могут приводить к простою производства, снижению объема выпуска продукции, увеличению затрат из-за порчи основного технологического оборудования, опасности для жизни людей, техногенным катастрофам и т.д. 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 и оптимизации, 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.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

АВР – автоматический ввод резерва

АПВ – автоматическое повторное включение

ВЛ – воздушная линия электропередачи

ВН – выключатель нагрузки

ЗРУ – закрытое распределительное устройство

ИП – источник питания

КА – коммутационный аппарат

КЛ – кабельная линия электропередачи

ЛЭП – линия электропередачи

НН – низшее напряжение

ОВБ – оперативная выездная бригада

ПУЭ – Правила устройства электроустановок

РЗ – релейная защита

РЗА – релейная защита и автоматика

РУ – распределительное устройство

СЭС – система электроснабжения

ТП – трансформаторная подстанция

УРЗА – устройства релейной защиты и автоматики

ЭУ – электроустановка