общие понятия и определения
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 − одни 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 объектов
Надежность − свойство объекта 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.
Состояния объектов
Исправное состояние − состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.
Неисправное состояние − состояние объекта, при котором он не соответствует всем установленным требованиям.
Работоспособное состояние − состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции.
Неработоспособное состояние − состояние объекта, при котором он не способен выполнять заданные функции.
Рабочее состояние − состояние объекта, при котором он выполняет заданные функции.
Нерабочее состояние − состояние объекта, при котором он не выполняет заданные функции.
Работоспособный объект может быть в рабочем и нерабочем состоянии.
События и процессы
Повреждение − нарушение исправности объекта или его составных частей в результате влияния внешних воздействий, превышающих установленные нормативно-технической документацией уровни.
Отказ − событие, состоящее в полной или частичной утрате объектом работоспособного состояния. Соответственно отказы подразделяются на полные и частичные.
Отключение − перевод объекта из рабочего в нерабочее состояние.
Преднамеренное отключение − отключение, намеченное и выполненное обслуживающим персоналом.
Восстановление − событие, заключающееся в переходе из неработоспособного состояния в работоспособное.
Включение − перевод объекта из нерабочего состояния в рабочее.
Старение − процесс постепенного изменения физико-химических свойств объекта, вызываемый действием факторов, независимых от режима 1 работы объекта.
Износ − процесс постепенного изменения физико-химических свойств объекта, вызываемый действием зависящих от режима работы объекта факторов.
Обслуживание − совокупность мер, предпринимаемых для сохранения или восстановления исправности объекта.
Ремонт − совокупность мер, предпринимаемых для восстановления работоспособности объекта.
Оперативные переключения − изменения схемы или режима работы объекта, выполняемые обслуживающим персоналом.
Причины и характер повреждений основных элементов систем электроснабжения
Самым ненадежным элементом СЭС являются линии электропередачи (ЛЭП) из-за их большой протяженности и влияния на них большого числа различных внешних воздействий. В городских сетях около 85% отключений приходятся на долю ЛЭП, а в сельских сетях — 90+95%. Отказом линии электропередачи называется всякое вынужденное отключение при ее повреждениях.
Воздушные линии электропередачи
Различают устойчивые повреждения воздушных линий (опоры, провода, изоляторы) и неустойчивые (самовосстанавливающиеся). Последние ликвидируются путем успешного действия устройств автоматического повторного включения (АПВ) или ручного включения.
Основными причинами повреждения воздушных линий (ВЛ) являются:
− грозовые перекрытия изоляции;
− гололедно-изморозевые отложения;
− ветровые нагрузки;
− вибрация и пляска проводов;
− возгорание деревянных опор;
− ослабление прочности деталей опор;
− повреждение опор и проводов автотранспортом и др.
Внешние воздействия приводят к перекрытию изоляции, разрушению изоляторов, обрыву проводов, падению опор.
Повреждения BЛ возможны и в нормальных условиях работы из-за:
− превышения фактических электрических нагрузок расчетных значений;
дефектов, возникших при изготовлении опор, проводов, изоляторов;
− неправильного применения типов проводов, опор, изоляторов по природно-климатическим зонам;
− нарушения правил монтажа и сооружения BЛ;
− недостатков эксплуатации (несоблюдения сроков и объемов проверок, текущих и капитальных ремонтов).
Кабельные линии электропередачи
Основной причиной повреждений кабельных линий (КЛ) является нарушение их механической прочности строительными машинами и механизмами при земляных работах. По этой причине в городских электросетях происходят 60-70% всех повреждений КЛ. Другими причинами являются старение межфазной и поясной изоляции, электрическая и химическая коррозия покрытия, перегрузка кабеля, попадание влаги в кабель, нарушение изоляции грызунами.
Повреждаемость КЛ зависит от способа прокладки КЛ (в земле, блоках, трубах, тоннелях), разности горизонтальных уровней участка КЛ (при больших перепадах происходит стекание масла и осушение изоляции), агрессивности окружающей среды, величины блуждающих токов и наличия защиты от них, интенсивности ведения строительных работ в зоне прокладки КЛ, срока эксплуатации, режима работы.
Электрические пробои чаще происходят не на целом кабеле, а в местах установки соединительных муфт, на концевых воронках, вертикальных участках кабеля.