Основы расчета показателей вероятности безотказной работы питающих шин и секций шин

Размещено на http://www.allbest.ru

УДК 621.316

05.00.00 Технические науки

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЕРОЯТНОСТИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ПИТАЮЩИХ ШИН И СЕКЦИЙ ШИН

Мирошников Алексей Владимирович

студент

Макаренко Алексей Сергеевич

аспирант

Оськин Сергей Владимирович

д.т.н., профессор

Кубанский государственный аграрный

университет имени И. Т. Трубилина,

Краснодар, Россия

В сельском хозяйстве высокая надежность электроснабжения необходима из-за главной его особенности _ производство связано с биологическими объектами. Изменение параметров состояния может приводить к резкому снижению продуктивности биологической системы или вообще к гибели его. Особенно критичны к надежности электроснабжения следующие предприятия: молочно-товарные фермы, тепличные комплексы, инкубаторы, площадки хранения зерна, готовой продукции и многое другое. В статье представлены: модели отказов секций шин, модели отказов питающих шин; формулы по расчету показателей надежности, расчетные значения вероятностей безотказной работы отдельных элементов анализ полученных значений, сделаны выводы по представленным моделям и даны предложения по внедрению в производство, отмечена связь энергосбережения с надежностью электроустановок

Ключевые слова: НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПИТАЮЩИЕ ШИНЫ, СЕКЦИИ ШИН, ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ, ЭНЕРГЕТИКА

электроснабжение отказ шина секция электроустановка

In agriculture, the high reliability of electricity supply is necessary because of its main feature production is associated with biological objects. The change in the state parameters can lead to a sharp decrease in the productivity of the biological system or, in general, to the death of it. The following enterprises are particularly critical to the reliability of power supply: dairy farms, hothouse complexes, incubators, grain storage sites, finished products and much more. The article presents: models of failure of switchable busbar, models of failure of supply buses; formulas for the calculation of reliability indicators, the calculated values of the probabilities of failure-free operation of individual elements, analysis of the values obtained, conclusions were made on the models presented and suggestions were made for introduction into production, energy conservation was associated with reliability of electrical installations

Keywords: RELIABILITY OF ELECTRIC NETWORK SUPPLY BUSES, BUS SECTIONS, POWER SUPPLY, POWER

Сегодня остается актуальным установление оптимального уровня надежности систем электроснабжения потребителей различных категорий. Устойчивое энергетическое обеспечение сельскохозяйственных потребителей включает ряд мер по совершенствованию организации технического сервиса электрооборудования. Эффективная работа электрооборудования в сельском хозяйстве зависит от всего комплекса организационных и технических мероприятий, проводимых как при разработке, производстве, монтаже так и при эксплуатации любого оборудования. Возрастающие требования сельскохозяйственного производства к надежности работы электроустановок, требуют совершенствования системы эксплуатации, при которой наблюдаются минимальные затраты на проведение техобслуживания и сокращенные сроки устранение аварийных отказов оборудования. Это связано с наличием возможных технологических ущербов, наносимых выходом из строя электроустановок и электроснабжающего оборудования.

Особенности сельскохозяйственного производства, в том числе и неоднородность форм организации сельских товаропроизводителей, в сочетании с недостатком материальных средств на приобретение нового оборудования и материалов, а также учитывая уровень тарифов на электроэнергию, требует разработки и внедрения новых методов и форм организации технического обслуживания и ремонта электрооборудования.

Научные исследования, связанные с совершенствованием технического сервиса электроустановок в современных условиях сельскохозяйственного производства, которые приведут к повышению эксплуатационной надежности работы сельских электроустановок, а это, в свою очередь, являются актуальными, так как это даст увеличение выпуска сельскохозяйственной продукции.

Ранее рассматривался процесс функционирования электроснабжающей трансформаторной подстанции (ТП) с точки зрения надежности [7, 8]. Однако не все элементы ТП были включены в структурную схему. На рисунке 1 показана структурная схема оборудования ТП с наличием электрических шин.

Рисунок 1 - Структурная схема расчета надежности оборудования ТП

Формула для расчета вероятностей безотказной работы шин принимает вид:

Р_общ(t) = Р_сш(t) • Р_пш(t) (1)

где Р_сш(t) _ вероятность безотказной работы секции шин, Р_пш(t) _ вероятность безотказной работы питающих шин.

Необходимо учитывать, что также на надежность оказывают влияние и параметрические отказы. Сегодняшняя ситуация характерна тем, что нужны значительные средства на замену большей части изношенного электрооборудования, что произвести практически невозможно. Поэтому, в электроэнергетике предстоит длительный период работы на изношенном оборудовании, пока не появятся средства на замену. Сейчас нас спасает то, что пока производство находится в стагнации и электрические нагрузки не значительны.

Рассмотрим секцию шин как систему из двух последовательно соединенных элементов, надежность одного из них связана с появлением внезапных отказов, а другого _ с постепенными (параметрическими). Внезапные отказы характеризуются резким, внезапным изменением параметров под воздействием одного или нескольких случайных факторов внешней среды или вследствие ошибок соответствующего обслуживающего персонала. Вероятность безотказной работы будет выглядеть соответственно:

Р _сш (t)=Р_в(t) • Р_п(t), (2)

где Рв(t) и Рп(t) --вероятности безотказной работы соответственно элементов, при внезапном и постепенном отказах.

Для большинства технических систем в инженерных расчетах в качестве основного распределения времени безотказной работы при внезапных отказах принимается показательное распределение [1, 2]:

Р(t>T)= e ^{- t} (3)

где л - интенсивность отказов,ч^-1; t-время безотказной работы, ч.

Параметрические отказы секций шин происходят по причине периодических превышение допустимых нагрузок и под воздействием окружающей среды (окисления), механические неисправности - ослабления затяжки болтовых соединений, а также связано с низкой квалификацией персонала (не могут вовремя провести технический уход и т.д) . Для таких случаев часто используют законом распределения Вейбулла-Гнеденко [1, 3, 5, 8]:

Р(t>T)= e - ^с(t-t₀) (4)

где с - параметр масштаба; t₀ - порог чувствительности.

Тогда окончательно аналогично другим элементам ТП [7, 8] можно записать:

P_сш (t) = e^-te^-ct (5)

Причинами внезапных отказов секций шин могут быть следующие: короткие замыкания из-за погодных условий, механических перекрытий фаз, попадание посторонних предметов, всплесков перенапряжений [6]. Причинами постепенных отказов в свою очередь будут следующие: периодические возникновения внешних и внутренних механических перенапряжений, сквозных токов коротких замыканий и дефектов изготовления (раковины, трещины и т.д.). На основании принятых критериев выделим два статистических ряда для внезапных и постепенных отказов, приведенных в таблице 1 [6].

Таблица 1 - Статистический ряд отказов секций шин.

Параметр показательного закона - интенсивность отказов обычно определяется по формуле [2, 3, 4, 5,6]:

(6)

где х_ср-- среднее значение наработок на отказ отдельных элементов, ч.

Известна формула для определения среднего времени безотказной работы:

 (7)

Произведем оценку параметры распределения Вейбулла-Гнеденко и вычислим среднее значение наработки на отказ:

(8)

Необходимо разобьем выборку на соответствующие интервалы:

= 38225 (9)

Определим количество отказов попавших в каждый из полученных интервалов (Таблица 2) [6].

Таблица 2- Количество отказов секции шин

Определим относительную частоту событий по формуле [8]:

p_i=m_i/m. (10)

Вычислим по широко известным формулам в статистике:

значение дисперсии D,

, (11)

среднеквадратичное отклонение,

(12)

коэффициент вариации,

(13)

По соответствующей номограмме находится значение параметра формы для распределения Вейбулла-Гнеденко 1/=0,31. По полученным значениям определяется параметр масштаба:

(14)

Г(1,0351)=0,9875

Для расчета среднего времени безотказной работы используем известную формулу:

; (15)

Расчеты вероятности безотказной работы для промежутка времени в 1000 и 10000 часов показали следующие значения:

Р_{сш (1000)}= e^{1,30• 10^-7•1000} e^{2,86 •10^-20•1000}=0,9998

Р_{сш (10000)}= e^{1,30• 10^-7•10000} e^{2,86 •10^-20•10000}=0,9985

Рассмотрим теперь питающие шины как устройство, состоящее из двух последовательно соединенных элементов, в одном из которых может появиться внезапный отказ, а в другом постепенный. Вероятность безотказной работы питающих шин можно также рассчитать по формуле (2).

References

1. Os'kin S.V. Povyshenie nadezhnosti jelektroprivodov v sel'skom hozjajstve (Tekst)/ S.V. Os'kin, I.A. Pereverzev, A.F. Kroneval'd// Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva.-2008.- №1.-s. 20-21.

2. Os'kin S.V. Opredelenie nadezhnosti jelektroprivodov po statisticheskim dannym ob otkazah (Tekst)/S.V. Os'kin, A.F. Kroneval'd, A.I.Vandke, A.S. Os'kin// Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva. 2008.-№7.-s.26-27.

3. Fokin Ju.A., Tufanov V.A. Ocenka nadezhnosti sistem jelektrosnabzhenija. - M.: Jenergoatomizdat, 1981.-224s.

4. Rozanov M.N. Nadezhnost' jelektrojenergeticheskih sistem. - M.: Jenergoatomizdat, 1984. - 200s.

5. R. Hjevilend., Inzhenernaja nadezhnost' i raschet na dolgovechnost'. M.: Jenergija, 1966. - 232s.

6. Arynov A.K, Koshel'kov R.U. Ocenka jekspluatacionnoj nadezhnosti jelementov jenergosistem /Arynov A.K, Koshel'kov R.U./ Rezhim dostupa: [http://www.twirpx.com/file/523118/].

7. Makarenko A.S. Osnovy rascheta pokazatelej nadezhnosti jelementov / A.S. Makarenko // Politematicheskij setevoj jelektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta (Nauchnyj zhurnal KubGAU) [Jelektronnyj resurs]. - Krasnodar: KubGAU, 2014. - №04(098). S. 516 - 527. - IDA [article ID]: 0981404037. - Rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/2014/04/pdf/37.pdf, 0,75 u.p.l.

8. Os'kin S.V, MakarenkoA.S. Osnovy rascheta verojatnosti bezotkaznoj raboty silovogo transformatora /S.V. Os'kin, A.S. Makarenko/ Trudy KubGAU (Nauchnyj zhurnal KubGAU) - Krasnodar: KubGAU, 2014. - №47.

Размещено на Allbest.ru