Надежность в технике

ВВЕДЕНИЕ 1. Надежность в технике. Термины и определения (по ГОСТ 27.002-89*) 1.1. Основные термины и определения Надежность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемее функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. В теории надежности широко используются понятия «элемент» и «система». Объект, надежность которого рассматривается независимо от надежности его частей, называется «элемент». Совокупность взаимосвязанных элементов или объектов, предназначенных для выполнения определенного круга задач, имеющих единое управление функционированием и развитием, называется системой. Любой объект в разных задачах моделирования надежности может выступать и как элемент и как система. Оборудование систем электропривода и электроснабжения является, с одной стороны, элементом соответствующей системы (например управление электроприводом, релейной защиты и автоматики и т.д.), а с другой стороны — изделием, т.е. объектом надежность которого рассматривается независимо от его роли в системе. Изделиями являются все машины, аппараты и другое оборудование, поставляемое заводами-изготовителями. Согласно ГОСТ 27.002-89* надежность — комплексное свойство, которое включает в себя безопасность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость четырех основных составляющих надежности, как свойства объекта и изделия. Дополнительные составляющие надежности: устойчивость, режимная управляемость, живучесть и безопасность. Надо сказать, что для различных изделий основные составляющие и дополнительные могут переходить из одной группы в другую. Так, для объектов, не содержащих хрупких частей или химически активных рабочих тел, сохраняемость, безусловно, следует отнести к дополнительным составляющим. Для энергосистем и мощных систем электропривода устойчивость и живучесть следует относить к основным составляющим. Итак, определения составляющих надежности. 1. Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. (Работоспособное состояние — состояние, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям технических нормативов для данного типа объектов или конструкторской документации. Наработка — продолжительность или объем работы объекта. Более широкое понятие, чем время, так как может измеряться и в единицах времени и в единицу.) 2. Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния. (Предельное состояние — такое состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление невозможно или нецелесообразно. Пример со старым телевизором, когда закорачивали нить накала у кинескопа, и он что-то показывал, наконец, доходило до того, что закорачивать больше нечего, а экран все равно темный — это предельное состояние. Дальше — только новый кинескоп). 3. Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений, к поддержанию и восстановлению работоспособности, либо его технического обслуживания и ремонтов. 4. Сохраняемость — свойство объекта сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течении и после хранения и (или) транспортировки. 5. Устойчивость — способность системы переходить из одного устойчивого состояния в другое при различных возмущениях. При малых — статическая устойчивость, при больших возмущениях — динамическая устойчивость. Пример: n1 — АД работает с M1 на валу проходит наброс момента с M1 до M2, при этом частота возмущения уменьшается с n1 до n2, но работоспособное состояние AD сохраняется. Если же происходит наброс δM, то частота n1 изменяется до n3, попадает на неустойчивую часть механической характеристики АД и двигатель «опрокидывается», то есть его ротор останавливается и АД переходит в режим короткого замыкания трехфазного трансформатора. Защита немедленно его отключит. 6. Режимная управляемость — свойство системы обеспечивать включение, отключение и изменение режима работы элементов по заданному алгоритму. 7. Живучесть — свойство системы противостоять крупным возмущениям, не допуская их циклического развития и массового выхода элементов системы (например, отключение потребителей) из строя. Примером обеспечения живучести является автоматическая частотная разгрузка (АЧР), когда в случае понижения частоты сверх допустимой начинается по ступенчатое отключение потребителей, что может поддержать частоту. 8. Безопасность — свойство предмета не создавать опасности для людей и окружающей среды во всех возможных режимах работы и аварийных ситуациях. Важнейшим понятием теории надежности является отказ. Различают отказ работоспособности и отказ функционирования. Отказ работоспособности — событие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня работоспособности на другой, более низкий. Отказ функционирования — событие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня функционирования на другой, более низкий. В теории надежности работоспособность не равнозначна функционированю. Дело в том, что для устранения отказа работоспособности требуется время tв — только время проведения восстановления (время действия ремонтной бригады), во время восстановления функционирования τ входит и время простоя в неработоспособном состоянии, то есть общем случае τ≥ tв Устранить отказ функционирования более сложно (или долго), чем отказ работоспособности. Отказы бывают частичные и полные. При полном отказе объект не выполняет ни одну из предписанных функций. При частичном отказе некоторые функции объекта могут сохраняться. Отказы бывают простые и сложные. Устранение простого отказа требует восстановления или замены отказавшего элемента, но не требует перенастройки всей системы, при сложном отказе такая перенастройка, несомненно, требуется. Например, сгорел предохранитель у телевизора, это полный простой отказ. Если же пропало изображение, но звук остался, то это частичный, но сложный отказ. 1.2. Состояния объекта Неработоспособное состояние — это состояние объекта, в котором он не способен выполнять все заданные функции. Работоспособное состояние — это состояние объекта, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции, соответствует требованиям нормативных документов и (или) конструкторской документации. Работоспособный объект может быть в рабочем или нерабочем состоянии. В рабочем состоянии он выполняет заданные функции, в нерабочем — не выполняет. Нерабочее состояние включает в себя состояние предупредительного ремонта, аварийного ремонта, аварийного простоя и зависимого простоя. Рабочее состояние включает в себя следующие режимы: 1. Нормальный, когда обеспечиваются значения заданных параметров режима работы и резервирования в установленных пределах; 2. Ремонтный, когда часть элементов объекта находится в состоянии предупредительного или аварийного ремонта; 3. Аварийный, от момента возникновения отказа до момента локализации отказа; 4. Послеаварийный, от момента локализации отказа до установления заданного режима. Причинами отказов являются повреждения и неисправности. Повреждение — разрушение оборудования, поломка деталей, нарушение целостности электрических и магнитных цепей, порча изоляции и т. д. Неисправности — разрегулировка механизма без разрушения и порчи. Повреждения и неисправности, в свою очередь, могут возникнуть из-за несоответствия его установленным требованиям при выпуске с завода-изготовителя (брак продукции), из-за аварийных (нерасчетных) воздействий окружающей среды, из-за неправильной эксплуатации, неправильного транспортирования, монтажа, обслуживания и ремонта. 2. Показатели надежности 2.1. Режимы работы объектов с точки зрения надежности Множество всех режимов работы объектов подразделяются на два больших подмножества: – режимов использования U – режимов простоя B U={M,I,N,C,S}, где U – Множество режимов использования; M – Техническое обслуживание; I – Пуск; N – Нормальная работа; C – Регулирование; S – Останов. B={A,F,W,R,O}, где B – Множество режимов простоя; A – Аварийное или нерасчетное воздействие; F – Простой в неработоспособном состоянии; W – Простой из-за послеаварийного восстановления; R – Простой из-за плановых или неплановых предупредительных ремонтов; O – Простой в работоспособном состоянии (ожидание включения, работа в резерве и т. д.). Режимы изображаются на числовой оси, при этом каждому режиму устанавливается свой уровень (N – max, F – min). В действительности, это времена протекания режимов tj, где j=A,M,N,I,S…, но на графиках и в формулах их обозначают I,M,C,N…, имея в виду, что измеряются они в единицах времени. Событие перехода объекта из всех режимов V в A и F представляют собой отказы, а из режимов W во все U и O – восстановление. Существуют потоки отказов и восстановлений, как потоки событий перехода из режима в режим, разделенных периодами существования режимов tj. 2.2. Относительные показатели надёжности Первая группа показателей — относительные коэффициенты. Они показывают, какую долю времени данный объект находится в данном режиме. Относительные коэффициенты могут быть рассчитаны для любого режима. При этом: (2.1) , где показывает долю времени, в течении которого j-й режим проявляет себя; показывает долю времени, в котором j-й режим не происходит; — время перетекания j-го режима (M,O,R…). Так, коэффициент относительного нахождения в работе , а коэффициент относительного простоя . Но на практике применяют несколько другие коэффициенты. Коэффициент планового применения: , (2.) где — коэффициент планового применения; — коэффициент планового простоя. Физический смысл — доля времени, в течении которого объект не окажется в состоянии планового простоя. Вероятный смысл — вероятность того, что в любой произвольно взятый момент времени объект не будет простаивать из-за плановых мероприятий (тех. обслуживание, ремонты планово-предупредительные и т. п.). На деле этот коэффициент достаточно детерминированный. Если служба ТО и ППР на предприятии достаточно четко организованна, то этот коэффициент на практике фактически совпадает с планируемой заранее величиной. Его значение должно составлять ≈ 0,96…0,99. Коэффициент готовности: (2.) где — коэффициент готовности; — коэффициент аварийного простоя. Физический смысл — доля времени, в течение которого объект не находится в состоянии аварийного простоя и режимов, связанных с ним (восстановление и т. п.) Вероятный смысл — вероятность того, что в любой произвольно выбранный момент времени объект находится в работоспособном состоянии. Коэффициент технического использования: (2.) где — коэффициент технического использования; и — коэффициенты аварийного и планового простоя соответственно (см. выше). Физический смысл коэффициента технического использования — доля времени, в течение которого объект находится в работе, то есть не в состоянии простоя, сведенного с плановыми мероприятиями или с аварийными ситуациями. Основополагающим из этой группы является коэффициент готовности. Его природа достаточно сложна, так как связана с явлениями, которые происходят в силу самых различных причин. Коэффициент планового применения устанавливается самой эксплуатационной организацией, и его усиление зависит от степени организованности служб ППР и ТО. Коэффициент технического использования — в принципе зависимая величина, ее непознанная, или заранее неопределяемая часть — это коэффициент готовности. Применяют на практике еще и коэффициент оперативной готовности: , где — вероятность безотказной работы данного объекта. В принципе физического и вероятностного смысла этот показатель не имеет, но он служит для сравнения аварий на однотипных объектах. 2.3. Абсолютные показатели надёжности Вторая группа показателей — абсолютные показатели. Это показатели, измеряемые в единицах времени. Любая средняя временная оценка: , (2.) где — число реализаций j-гo режима за время ; — проявление j-гo режима на протяжении времени . Средняя наработка на отказ: , (2.) где — средняя наработка на отказ; — число простоев в аварийном состоянии (режимов F), то есть просто число отказов. Средняя наработка до первого отказа: , (2.) где — средняя наработка до первого отказа; — число первых отказов с объектами после постановки в работу. Для одного объекта и . Среднее время восстановления работоспособности: , (2.) где — среднее время восстановления работоспособности; — число восстановлений. Среднее время восстановления функционирования: , (2.) где — средняя наработка на отказ; — число простоев в аварийном состоянии (режимов F), то есть просто число отказов. Понятие функционирования более широкое, чем работоспособность хотя бы потому, что восстановление функционирования включает в себя все время от проявления отказа до действительного восстановления объекта. Среднее время планового простоя: , (2.) где — средне время планового простоя; , и — число режимов ТО, число режимов простоя в работоспособном состоянии и число режимов ППР в течение времени соответственно. Еще абсолютные показатели: — средний ресурс, то есть наработка до достижения объектом предельного состояния. — гамма-процентный ресурс, то есть ресурс, взятый с наперед заданной вероятностью . (Это следует понимать так: объект в течение времени достигнет предельного состояния с заданной вероятностью ). Чем больше (ближе к единице), тем меньшее значение будет принимать гамма-процентный ресурс. — средний срок службы объекта, то есть время от пуска до замены объекта или полного обновления системы. При этом в срок службы входят любые события из U и В, происходящие с объектом. Для любого временного показателя может быть определен обратный — частотный показатель. , (2.) где — частотный показатель надёжности; — частота отказов; — число реализаций j-ro режима за время ; — проявление j-ro режима на протяжении времени . — это средняя частота (интенсивность проявления) любого j-ого режима. Так, частота отказов при неограниченном увеличении и числа однотипных наблюдаемых объектов эта величина переходит в вероятностный показатель — параметр потока отказов. Величина, обратная величине отказов, называется периодичностью отказов: , (2.) где — периодичностью отказов; — частота отказов. измеряется, естественно, в единицах времени, то есть, по сути, является абсолютным показателем. Рассмотрим поток отказов: — полное время наработки на отказ, включая восстановление; — наработка на отказ — время восстановления Периодичность отказов: . (2.) Частота отказов: . (2.) Если принять мгновенное восстановление В=0, то то есть периодичность отказов совпадает со временем наработки на отказ. Конечно, это чисто теоретический режим. На практике любой этап требует времени восстановления (хотя бы просто заменить отказавшую деталь на новую). 2.4. Вероятностные характеристики надежности Третья группа показателей - вероятностные характеристики надежности. P(t), p — вероятность безотказной работы Это вероятность того, что в пределах данной наработки t отказа не произойдет. Q(t), q — вероятность того, что в пределах данной наработки отказ обязательно произойдет. Q(t) представляется, как функция распределения случайной величины t. Q(t)=F(t) - или закон распределения случайной величины. Плотность распределения: . (2.) Интенсивность отказов: . (2.) Параметр потока отказов: . (2.) Так, для случая экспоненциального распределения: То есть при экспоненциальном законе распределения интенсивность отказов и параметр потока отказов совпадают. При других законах это не всегда соблюдается. Какие еще F(t) применяются в теории надежности? 1. Равномерный: 2. Нормальный: Применяются ещё дискретные законы. 3. Биноминальный: . 4. Пуассона: . Таблица 2.1 Связь между вероятностными характеристиками надёжности — — — — 2.5. Интегральные показатели надёжности Четвёртая группа показателей — интегральные показатели надёжности: условный недоотпуск продукции в течение года, связанный с авариями и отказами (для любого производства). Для производства связанного с выработкой (генерацией), распределением и использованием электроэнергии условный недоотпуск (недополучение) электроэнергии: относительное удовлетворение спроса на электроэнергию в течение года; математическое ожидание народнохозяйственного (экономического) ущерба от нарушения функционирования из-за отказов и аварий в течение года (У). Интегральная целевая функция надёжности записывается как условие максимума или минимума того или иного показателя надёжности для лучшего изделия или варианта построения системы. При этом в идеале , , . Однако, поддержание всех критериев целевых функций на максимальном (минимальном) уровне требует дальнейших затрат, которые не могут иметь слишком большие значения. Поэтому в интегральную целевую функцию обязательно должны входить экономические критерии (затраты и ущербы), которые устанавливают для системы показателей определённые нормативные значения, которые могут отличаться от оптимальных (минимальных или максимальных). 3. Номенклатура показателей надёжности промышленных изделий Для данного вида оборудования в соответствии с: 1) классом изделия; 2) группой надёжности; 3) режимом эксплуатации; 4) ограничением длительности использования выбирается номенклатура показателей надёжности из всего набора показателей. Значения выбранных показателей записываются в ГОСТ, технических условиях (ТУ) и техническом задании (ТЗ) для данного вида изделий. Классы изделий: 1 — невосстанавливаемые изделия общего назначения, являющиеся элементами сложных устройств (например, шарикоподшипники, контакты релейно-контакторных устройств, отдельные комплектующие металлоре­жущих станков и т.п.); 2 — невосстанавливаемые изделия специального назначения (измерительные приборы, управляющие органы и т.п.); 3 — восстанавливаемые изделия. Группы надёжности: I — отказ изделия создает угрозу безопасности или приведет к ущербу, кратно превышающему стоимость самого изделия (например, самолёт, защитные арматуры, турбогенератор). В составе 1-й группы надёжности выделяется особая (нулевая) группа - специальные изделия, предназначенные для работы в аварийных ситуациях (датчик пожара, аварийное освещение, аварийные вентиляторы); II — отказ изделия приводит к материальному ущербу одного порядка со стоимостью изделия (станки, торговые автоматы). III — отказ изделия приводит к материальному ущербу, связанному с временной частичной или полной утраты изделия (все изделия бытовой техники). Режимы эксплуатации: 1. Непрерывный, изделие находится постоянно в работе; 2. Циклический (время работы и технологической паузы периодически чередуются); 3. Оперативный (с неопределённым моментом включения); 4. Общий (сочетание трех предыдущих). Ограничение длительности использования: 1. Назначенное, когда изделие выводят из работы в заранее оговорённые сроки или при достижении определённой наработки (например, двигатели самолётов); 2. Вынужденное, когда изделие выводят из работы из-за отказа или достижения предельного состояния. Для показателей надёжности, включаемых в ГОСТы, ТУ и ТЗ, в ГОСТ 27.002-89 разработана специальная таблица, из которой находятся необходимые показатели для внесения в указанные документы или паспорта оборудования. В таблице: — гамма-процентный ресурс; — средний ресурс; — средний срок службы; — среднее время восстановления работоспособности; — средние трудозатраты на аварийное восстановление; — средняя наработка на отказ; — вероятность безотказной работы; — средняя интенсивность отказов; — коэффициент технического использования; — коэффициент оперативной готовности: , (3.) где — коэффициент готовности. Например, необходимо определить номенклатуру показателей надёжности для трансформатора генераторного блока электростанции. Класс изделий - 3, группа надёжности -I, режим - непрерывный, ограничение длительности использования - вынужденное. По таблице выбираем показатели: — наработка на отказ; — средний ресурс; — среднее время восстановления работоспособности; — средние трудозатраты на аварийное восстановление; — коэффициент технического использования. Определить показатели надёжности для лампы накаливания в прожекторе на буровой установке: Класс изделия — 2; Группа надёжности — II; Режим — непрерывный; Ограничение длительности использования — вынужденное; Для таких изделий нормируется только средний ресурс — . И еще один пример. Определить показатели надёжности для автоматического выключателя в РУ 6кВ кустовой насосной станции. Класс изделия — 3; Группа надёжности — I; Режим — оперативный; Ограничение длительности использования — вынужденное. Показатели: средний срок службы , среднее время восстановления работоспособности . Класс изделия Группа надёжности Режим эксплуатации непрерывный циклический оперативный общий назначен. огранич. вынужд. огранич. назначен. огранич. вынужд. огранич. назначен. огранич. вынужд. огранич. назначен, огранич. вынужд. огранич. 1 1,2,3 для всех или 2 1,2 , или 3 — — или 3 1 ,, ,, , ,,, ,,, 2 ,, ,, , ,, ,, 3 — , — 1,2,3 4. Отказы оборудования Любое оборудование с течением времени отказывает. В большинстве случаев отказавшие элементы установок восстанавливаются. Включение в работу резервных элементов позволяет восстановить работоспособность оборудования без прекращения функционирования установки. Процесс восстановления и профилактики оборудования не исключает полностью отказов установки, но в значительной мере снижает их вероятность, то есть повышает надёжность. Математическое описание процессов возникновения отказов называется моделью отказов. Математическое описание процессов восстановления и профилактики, а также включение в работу резервных элементов называется моделью надёжности. Модели отказов и модели надёжности используются для расчёта показателей надёжности, которые входят в основную номенклатуру показателей. На рис. 4.1 показана типичная кривая изменения интенсивности отказов в течение эксплуатации, пригодная для большинства элементов электротехнических и электроэнергетических установок. Весь интервал времени работы разбивается на три основных периода. I – функция t имеет повышенные значения. Это связано с тем, что всегда имеются изделия со скрытыми дефектами, которые выходят из строя вскоре после начала работы. Этот период называется «период выжигания дефектных изделий». II – функция t характеризуется постоянными или практически постоянными значениями интенсивности отказов. Это период нормальной работы. III – необратимые изменения в физических свойствах объектов приводят к ухудшению качества материалов и деталей. В этот период интенсивность отказов резко возрастает. Этот период называется периодом старения. Данная картина изменения интенсивности отказов является типичной. Однако есть оборудование, у которого контроль перед вводом в эксплуатацию отсеивает практически все дефектные элементы, так называемая доэксплуатационная отбраковка дефектных изделий (например, электрические лампочки в магазине). Есть элементы, которые практически не стареют. У большинства элементов имеется длительный период, на котором интенсивность отказов практически постоянна, период приработки можно рассматривать как нормальную эксплуатацию. С другой стороны, можно выводить оборудование в профилактику раньше, чем начнётся заметное старение его элементов. Таким образом, на производстве стараются как можно больше сократить I и III периоды эксплуатации, тем самым увеличить долю II периода или даже практически всё время работы свести к периоду нормальной работы. Штриховой линией на рис. 4.2 показана идеальная кривая интенсивности отказов, для которой в течение практически всего рабочего времени  при этом условии вероятность безотказной работы: ; Вероятность отказов: ; Среднее время безотказной работы: ; Дисперсия среднего времени безотказной работы: . Графики функций P(t) и Q(t) приведены на рис 4.3: Закон, выражаемый формулой , называется экспоненциальным. Основное свойство экспоненциального закона распределения состоит в том, что вероятность безотказной работы не зависит от времени предшествующей работы, а зависит только от интервала рассматриваемого времени. Это значит, что будущее поведение объекта не зависит от прошлого, если в настоящий момент времени он работоспособен. Это свойство является характеристическим, то есть для объектов с таким свойством закон распределения времени безотказной работы – экспоненциальный, а поток отказов – простейший. Простейший поток определяется как ординарный, стационарный и без последействия. Поток считается ординарным, если вероятность совпадения двух и более отказов во времени бесконечно мала: . Поток отказов считается стационарным, если вероятность возникновения k отказов на интервале (t, t+t) зависит только от ширины t. Для стационарного потока tconst. Поток отказов называется потоком без последействия, если для любых неперекрывающихся интервалов времени число событий, появляющихся в одном из них не зависит от числа событий, появляющихся в предшествующих интервалах. Ординарные потоки без последействия называются пуассоновскими. Стационарный пуассоновский поток считается простейшим. Когда оборудование или установки состоят из большого числа элементов, причём каждый элемент может отказать с малой вероятностью и эти отказы взаимонезависимы, то суммарный поток отказов может считаться близким к простейшему, если сумма вероятностей более чем одного отказа бесконечно мала. У хорошо спроектированной и правильно эксплуатируемой технической системы, подвергаемой профилактическому обслуживанию в установленные сроки, поток отказов простейший. Для такого потока можно отказаться от зависимости от времени и воспользоваться законом Пуассона: ; Вероятность безотказной работы (m=0): ; Вероятность одного отказа: ; Вероятность двух отказов: . Нестационарность потока отказов у отдельных элементов электрооборудования и электроэнергетических установок вызывается наличием приработочного периода, старением изоляции, износом и разрегулировкой механических частей. Высоковольтное оборудование имеет также сезонную нестационарность потока отказов, связанную с воздействием гроз, гололёда, оползней, миграцией крупных птиц и животных. Для нестационарного пуассоновского потока математическое ожидание числа отказов в интервале времени (t1, t2): ; Для стационарного; Закон Пуассона для нестационарного потока ; где n = t = t для стационарного потока ; – вероятность безотказной работы. На практике для более сложных потоков отказов применяется распределение Вейбулла (Waybull) где параметр Вейбулла. Вероятность безотказной работы в этом случае: ; Вероятность отказа: ; Интенсивность отказов: . Она может быть постоянной лишь при одном условии, когда 1. В этом случае закон Вейбулла превращается в экспоненциальный, а поток отказов считается простейшим. В других случаях () интенсивность отказов непостоянна во времени, анализируется оборудование, у которого весь период работы состоит из периода приработки, это новое оборудование, ещё не испытанное на производстве или уже совершенно негодное оборудование. 5. Расчеты показателей надежности 5.1. Система без резервирования Простейшей системой с точки зрения теории надежности является такой комплект элементов, при котором отказ одного элемента вызывает отказ всей системы, но не изменяет надежность других элементов. Такую структуру в теории надежности называют системой с последовательным соединением элементов без резервирования (рис. 5.1). Рис. 5.1 Вероятность безотказной работы системы с последовательным соединением элементов определяется как вероятность безотказной работы всех элементов в течении времени t: , (5.) где n — число элементов. Если выразить через интенсивность отказов, то: , откуда: . Для простейшего случая экспоненциального закона: , то есть вероятность безотказной работы системы с последовательно соединенными элементами, для каждого из которых характерен экспоненциальный закон распределения также подчиняется экспоненциальному закону распределения. Структурой из последовательно соединенных элементов можно моделировать надежность электрических цепей с последовательным соединением аппаратов, транзисторов, проводов, кабелей и воздушных линий электропередачи, а также схем, содержащих обмотки и контакты реле, резисторы, тиристоры, катушки индуктивности и электронные приборы. Например, схема подключения однотрансфор­маторной подстанции (рис. 5.2): Рис. 5.2 Для других типов схем могут быть и другие выражения. Наиболее уязвимым элементом подключения подстанции является воздушные линии электропередачи. Например, секция РУ 6 кН, от которой выходят отходящие линии (рис. 5.3). Для такой схемы число погашений секции 6 кВ определя­ется надежностью самих выключа­телей и общим числом присоеди­нений. Параллельншое соединение линий, конденсаторов с инди­видуальными предохра­нителями, а также параллельная работа нескольких агрегатов (генераторы, насосы, вентиляторы и т. п. ) моделируются структурой с парал­лельным соединением элементов. Таковой можно считать систему из «n» элементов или единиц оборудования, если для нормальной работы необходимо r < n элементов, т. е. n-r элементов являются резервными. Отказ системы наступает при выходе из строя «m» элементов, т. е. пока число резервных элементов хотя бы на один превышает число отказавших элементов, система не отказывает. Таким образом, условия отказа: . Следовательно, вероятность отказа системы определяется как вероятность совпадения отказов (n-r+1) или m элементов в течение расчётного периода времени. Если отказы одного элемента зависимы от отказов других элементов, то формулы для оценки вероятности безотказной работы и вероятности отказа системы можно получить, сформировав сумму произведения вероятностей Qi(t) и Pi(t) на основе произведения n биномов Если бы элементы были соединены последовательно, то только первый член суммы выражал бы вероятность безотказной работы, а все остальные давали бы в сумме вероятность отказа (хотя бы одна Qi в многочлене означает отказ всей системы). Для параллельного же соединения следует выбрать члены с Qi(t)m, из них формируется вероятность отказа, из остальных членов Qi(t)1 и для k<1 при малых t, т. е при больших собственных вероятностях безотказной работы. Это означает, что постоянное резервирование может быть эффективно только для элементов, имеющих высокую надежность. Вероятность безотказной работы системы с резервированием определяется надежностью не только самих элементов, но и автоматических выключателей, которые при постоянном резервировании должны отключать отказавший элемент, а при резервировании замещением — еще и включать резервный. Если при отказе отключающей аппаратуры в отключении выводится вся система, то вероятность безотказной работы системы с постоянным резервированием: , (5.) где Pk — вероятность безотказной работы группы элементов с кратностно резервированным k (см. таблицу и рисунок); Poa — вероятность отсутствия отказов срабатывания при отключении отказавших элементов. При резервировании замещением вероятность отказа системы определяется по формуле полной вероятности: , (5.) где — условная вероятность отказа системы при отсутствии отказов отключающей и включающей аппаратуры; — условная вероятность отказа системы при отказе в отключении отказавшего элемента; - условная вероятность отказа системы при отказе во включении резервного элемента; - условная вероятность отказа системы при совпадении отказа в отключении отказавшего и включении резервного элементов;P(A1), Q(A1) – вероятность соответственно отсутствия отказа и отказа в отключении отказавшего элемента; P(A2), Q(A2) – вероятность соответственно отсутствия отказа и отказа во включении резервного элемента. 5.3. Приоритетные виды резервирования Зачастую выбор объекта для резервирования может быть многозначным. Примерами такого резервирования могут являться замещение данного объекта одним из резервных, различным по своим свойствам, различным по стоимости, по техническим характеристикам. Мажорантным (или мажоритарным) с точки зрения надежности является тип резервирования, при котором выбор резервного объекта осуществляется исходя из наибольшей надежности включаемого резервного элемента. Естественно, число резервных элементов должно быть не менее двух, они должны отличаться по своим показателям надежности. Минорантным (или миноритарным) резервирование с точки зрения надежности является резервирование, при котором выбор резервного элемента из ряда замещающих осуществляется не по критерию наибольшей надежности, а какому-либо другому критерию (допустим, экономическому). Например, для лампочки сигнализации в параллель ей включены китайская, российская и германская. У китайской самый низкие показатели надежности, но наименьшая стоимость, российская – в середине и по стоймости и по надежности, германская самая дорогая и наиболее надежная. При мажорантном резервировании в случае отказа основного элемента автоматика включения автоматически должна выбрать германскую лампочку. При минорантном – или китайскую, или российскую. Приоритетные виды резервирования применяются только там и тогда, где и когда различные показатели резервных элементов действительно имеют технический и экономический смысл и могут быть реализованы системами автоматического включения резерва. Существует специальный математический аппарат для расчета приоритетных видов резервирования, который может быть применен для расчетов и настройки специальных технических систем. Этот аппарат можно найти в специальной литературе. 6. Алгоритм расчёта надёжности применения нового оборудования, новых схем электроснабжения Здесь даётся порядок расчёта надёжности, необходимый для студентов-дипломников. В своих дипломных проектах Вы разрабатываете новое оборудование или предлагаете новую схему электроснабжения, то есть более технически (или экономически) совершенный проект по сравнению с действующим . Это значит, что эффективность Вашего решения определяется не только надёжностью, но и другими техническими или экономическими критериями. Тем не менее, Вам необходимо оценить показатели надёжности предлагаемой системы (или объекта) и доказать, что, во всяком случае, их значения не хуже, чем значения показателей надёжности существующих аналогичных объектов. Первым этапом расчёта надёжности должен быть назначен основной показатель надёжности предлагаемой системы. Для этого по нормативно-справочной литературе должны быть установлены: - класс изделия; - группа надёжности; - режим работы; - тип ограничения длительности использования. (Можно напомнить здесь, что группы надёжности для систем электроснабжения совпадают с категориями электроприёмников по надёжности электроснабжения, а также то, что практически для всех объектов необходимо определить вероятность безотказной работы — P(t) и среднюю интенсивность отказов — λ(t)). На основе установленных классов, групп, режимов и типа ограничений выбираются необходимые для работы показатели надёжности (см. табл. с. ?____?). Вторым этапом расчёта надёжности является определение P(t) и λ(t) для основной последовательной цепи элементов и выявление наиболее слабых мест предлагаемой схемы с точки зрения необходимости назначения резервных элементов: Если последовательная цепь получается длинной, а показатели надёжности близки между собой, следует выделить элементы, их пары и тройки, вероятность одновременного отказа которых достаточно велика: и назначить для них не только индивидуальные резервные элементы, но и резервные последовательные цепи элементов. Третьим этапом выбирается тип резервирования. Если выбирается постоянное резервирование, то следует определить необходимую кратность резервирования из стандартного ряда 1/1; 1/2; 2/2; 2/1 и т.д. и по таблицам и кривым определить вероятность безопасной работы для данной кратности резервирования. Затем определить полную вероятность безотказной работы системы, считая по формуле: , (6.) где Po.a – вероятность безотказной работы отключающей аппаратуры. Если выбирается резервирование замещением, сразу применяется формула полной вероятности отказа с учётом условных вероятностей отказа системы при отсутствии отказов аппаратуры или при отказах отключающей -включающей аппаратуры: /**/Pc= 1 – Qc . Если есть необходимость в приоритетных видах резервирования, необходимо выбирать тип приоритетного резервирования, ранжировать резервные элементы по надёжности (при мажорантном типе резервирования) или по другим необходимым критериям (при минорантном типе резервирования), а затем рассчитать надёжность по приведённому Вами алгоритму. Результатом расчёта надёжности являются значения показателей до, и после применения предлагаемой Вами системы. Обязательно следует выполнить сравнительный анализ показателей надёжности с целью сравнения их значений с нормативными характеристиками и характеристиками существующей системы. 7. Контроль качества и надежности При массовом производстве нет возможности тщательной проверки каждого изделия. При мелкосерийном производстве такая проверка часто бывает экономически нецелесообразной. В этих случаях проводят выборочный статистический контроль качества и надежности, когда о генеральных характеристиках судят по характеристикам малой выборки из партии. Идея статического контроля высказана в 1846 г. Остроградским. Статистический контроль качества и надежности проводят либо в процессе производства (текущий предупредительный контроль), либо по окончании производства (приемочный контроль). Приемочный контроль осуществляется либо у производителя (выходной контроль), либо у потребителя (входной контроль). Текущий предупредительный контроль осуществляется только у производителя и далее не рассматривается. Три метода приемочного контроля: 1. Метод однократной выборки. Он проводится для испытаний опытных образцов, когда объем испытаний задается заранее. Из контролируемой партии изделий отбирается случайным образом определенное их число (выборка). По характеристикам этой выборки партия либо принимается, либо бракуется (т.е. направляется на сплошной контроль или переделку). 2. Метод двукратной выборки применяют, когда контроль по последовательному плану оказывается неудобным технически или в связи с ограничениями производственного и организационного порядка. При этом методе случайным образом отбирается одна выборка, по ее характеристикам партия либо принимается, либо бракуется, либо производится еще одна выборка. По характеристикам первой и второй выборки партия или принимается, или бракуется. 3. Метод последовательных испытаний имеет средний меньший объем, поэтому он предпочтительнее при испытаниях крупносерийной продукции. Объем испытаний заранее не задается. Из контролируемой партии последовательно, но случайным образом берутся образцы (по одному или по нескольку) и определяются их характеристики. По этим характеристикам принимается решение: принять партию, забраковать, продолжить испытания. Испытания заканчиваются, когда принимается либо первое, либо второе решение. Из-за случайной выборки возможны ошибки в оценке характеристик всей партии. Ошибки 1-го рода заключаются в том, что испытуемая партия по результатам выборки оценивается как негодная. Вероятность α браковки годной продукции называют риск поставщика. Ошибки 2-го рода заключаются в том, что испытуемая негодная партия оценивается по выборке как годная. Вероятность β пропуска брака или приёме продукции называется риск потребителя. При рациональной организации статистического контроля α и β малы (0,05…0,1). Продукция разделяется на 3 категории: хорошая, допустимая и брак. Если оценка выборки, содержащей n изделий, производится по некоторому параметру xn (число отказавших изделий) и имеется некоторый средний генеральный параметр tср (наработка на отказ), то партия относится к хорошей, если tср≥T1 и к браку, если tср≤T1, где Т0 и Т1 – установленные границы значений параметра. При методе однократной выборки устанавливают 2 контрольных норматива: n – объем выборки; C – оценочный норматив. Партия принимается, если Xn≤C и бракуется, если Xn>C. Вероятность ошибок 1-го и 2-го рода: α =Р(Xn>C │ tср=T0) β =Р(Xn≤C │ tср=T1) Если заданы α, β, Т0, Т1, то можно однозначно определить контрольные нормативы. При методе двукратной выборки устанавливаются 5 нормативов: объем выборки n1, n2 и оценочные нормативы С1, С2, С3. Сначала делается выборка n1 и определяется выборочный параметр Xn1. Если Xn1≤C, то партия изделий принимается, если Xn1>C – бракуется. Если С11/ Вальд разработал методику последовательного анализа, при которой число n испытуемых объектов последовательно увеличивается при каждом шаге испытаний. На каждом шаге определяется γn. Если , то испытания прекращаются, и партия изделий принимается. Если же , то испытания прекращаются, и партия изделий бракуется. Если же , то испытания продолжаются с увеличением числа объектов до тех пор, пока не будет выполняться какое-либо из неравенств или . Как правило, строят график последовательных испытаний. Например, для изделий с Т0=1500 ч. α=β=0,1 и браковочным Т1 = 600 ч. На оси абсцисс откладывается суммарная наработка, отнесенная к Т0, а на оси ординат – число наблюдаемых отказов. Между ограничительными линиями окончания испытаний показывают регистрацию результатов испытаний до первых трех отказов. Минимальное число объектов для испытаний nmin=rусеч=24. 8. Оценка показателей надежности 8.1. Заголовок ?_______________? Оценка показателя надежности – числовые значения показателя по результатам наблюдений или испытаний. За числовое значение показателя принимают точечную оценку или доверительные границы интервала, в которой с единой доверительной вероятностью попадает истинное значение показателя. ГОСТ 27.508-88 предписывает оценку параметров з-ка распределения, входящих в расчетную формулу показателя (если он известен), и при неизвестном значения распределения – только саму точечную оценку , т.е. число. 8.2. Экспоненциальный закон Наработка на отказ: При полной выборке несмещенная оценка: . При неполной выборке и любых планах испытаний несмещенная и смещенная оценка , где S – суммарная наработка на всех объектах, m – число отказов всех объектов. Частота отказов: При полной выборке: – несмещенная оценка при n  1 при n=1 смещенная оценка. При испытаниях на планах N R T, NMT,  NMTΣ – несмещенная оценка по плану  – смещение. При испытаниях по планам Rч, r , r, rΣ  при m1 (не смещ.) при m = 1 (смещ.) При неизвестном законе распределения точные оценки рассчитывают по специальным формулам и близким в зависимости от типа ?______? испытаний. Доверительные границы находят путем подставки значений верхней и нижней границы соответствующего параметра в выражении ?_______? показателей надежности. При экспоненциальном законе распределения для определения доверительных границ параметров и  пользуются тем, что случайная величина Х , где S – суммарная наработка, распределенная по закону Х2 с числом степеней свободы 2n (n – число наблюдений переработки на отказ) с доверительной вероятностью  β=α1+α2 –1, при α2=α1=α β=2α–1 Из определение квантили получим , откуда , где – квантиль распределения Х2 с числом степеней свободы 2n. , , S – сумма наблюдаемых наработок при полной выборке Если в течение времени испытаний tn , замене повр. оборудования и  и N мест на стенде  S = tn При различном числе элементов в разные периоды испытаний или наблюдений Число наблюдаемых выработок n связано с числом наблюдений отказов m. Если отказов не было, то число наработок n =1 (m=0) Если m   то возможны два случая : 1. m=n , если регистрируется все переработки на отказ ; 2. nmax=m+1, если регистрируются только числа отказов за определенное время наблюдений nmin = m и mmax = n. Аналогичные рассуждения приводятся и для оценки доверительных границ для : при m =0 , n =1 P S  X2(α2) =α λн=0 При m ≠ 0, n =m , , , , При m ≠ 0 в случае регистрации только числа отказов: , n≤m+1, то , , Аналогично для λн , , 9. Информация о надежности Информация о надежности позволяет подойти к решению следующих задач: • определение причин отказов; • выявление деталей, оборотных единиц и комплектующих, которые лимитируют надежность изделия; • установление и корректировка нормируемых показателей надежности; • оптимизация норм расхода запасных частей, комплектующих и планово-предупредительных ремонтов; • выявление условий и режимов эксплуатации, влияющих на надежность; • определение экономической эффективности повышения надежности; Формы документов – носителей информации о надежности изделий подразделяются на первичные формы учета, формы – накопители и формы записи результатов количественного и качественного анализа. Например, основные первичные формы учета: паспорт оборудования, журнал учета наработок, повреждений и отказов изделий, журнал технического обслуживания и ремонта изделий – все они должны предусматривать возможность их обработки на компьютере. В соответствии с ГОСТ 20307 – 88 устанавливается содержание, порядок заполнения и прохождения донесения об отказе изделия. В донесениях регистрируются отказы изделий, связанные с опасностью для жизни людей или приводящие к большим экономическим потерям, отказы опытных образцов новой техники или образцов зарубежной техники, а также изделий средне, мелкосерийного и единичного производства. В донесении об отказе обязательно должны быть наработка, внешнее проявление и характер отказа, причина, условия выявления последствий отказов, условия эксплуатации и режимов работы, время восстановления работоспособности, фактическая трудоемкость восстановления, исполнители работ по восстановлению. Статистические данные об отказах оборудования (изделий) можно получить либо в результате наблюдений за изделиями в ходе нормальной или опытной (подконтрольной) эксплуатации, либо в результате стендовых испытаний. Наблюдения при нормальной эксплуатации достаточно доступны. Однако данные могут запаздывать, возможности активного эксперимента ограничены, возможно, влияние субъективных факторов на объем и содержание информации. При опытной эксплуатации наблюдения за работоспособностью оборудования проводятся с участием представителей служб надежности, имеющих специальную подготовку и независимых на воздействия местных субъективных факторов. Недостатки опытной эксплуатации – ограничение по времени и числу сотрудников и по режиму использования оборудования не позволяет ставить широкие активные эксперименты Стендовые испытания являются централизованными и проводятся либо на заводе-изготовителе, либо в специализированных испытательных центрах отрасли. Это дорогостоящий вид испытаний, отвлекающий значительное количество оборудования от использования по назначению. Однако стендовые испытания дают возможность получить информацию о недостатках конструкции, технологии и использовать эти данные для повышения надежности изделий, позволяют проводить активные эксперименты с выявлением слабых мест и проверкой экстремальных воздействий, т.е ускорить получение данных. По назначению испытания на надежность бывают определительными и контрольными. С помощью испытаний выясняют фактический уровень показателей надежности для созданного типа изделий. С помощью контрольных испытаний производится входной контроль комплектующих изделий и выходной контроль выпускаемой продукции. По объему выборки различают испытания с полной и усеченной выборкой. При испытании с полной выборкой проводятся испытания до отказа всех испытуемых изделий. При неполной выборке испытания проводятся либо в течение заданного времени, либо до определенного числа отказов, либо до заданной наработки. При планировании испытаний задают следующее: 1. Признаки отказов изделий. 2. Показатель надежности, являющийся определяющим для данного изделия. 3. Условия испытаний (климатические условия, механические и электрические нагрузки, последовательность и длительность режимов). 4. Способ контроля работоспособности (обычный эксплуатационный или специальный испытательный, непрерывный или периодический). 5. Способ замены отказавших изделий (отказавшие изделия не заменяются до конца испытаний – план типа Ụ; заменяются немедленно после отказа – план типа R; восстанавливаются в ходе испытаний – план типа M). 6. Число испытуемых изделий N; 7. Правило окончания испытаний (по истечении данного времени T; после наступления r-го отказа; по истечении суммарного по всем объектам времени наработки на отказ T∑, после отказа всех изделий). Обозначение планов испытаний по ГОСТу осуществляется трехпозиционной записью: число испытываемых изделий, способ замены отказавших изделий, правило окончания испытаний. Возможны следующие планы [NUT], [NUr], [NU(rT)], [NRT], [NRr], [NR(rT)], [NMT], [NMT∑] … Согласно ГОСТ 27502 – 88 методы определения минимального числа объектов наблюдений могут быть параметрическими (если известен закон распределения исследуемой случайной величины) или непараметрическими (если закон распределения неизвестен). Так, при экспоненциальном законе: f(t) = λ exp (-λt) при t≥0 число  объектов наблюдения зависит от относительной ошибки  определения среднего значения tср исследуемой случайной величины (t0, t, tR) с доверительной вероятностью β. Относительную ошибку определяют: , где tв – верхняя односторонняя доверительная граница. β используют 0,8; 0,9; 0,95; 0,99. Число N объектов наблюдений определяют из формулы , где – квантиль распределения ХИ – квадрат при числе степеней свободы 2N. При неизвестном виде законов распределения случайной величины минимальные число N для проверки требуемой вероятности Р(t) безотказной работы в течение некоторого времени t с доверительной вероятностью β задается из условия отсутствия отказов за время t. Если при испытаниях N объектов за время t не будет отмечено ни одного отказа, результаты наблюдений являются удовлетворительными. Если же происходит хотя бы один отказ, то требуемое значение вероятности не подтверждается. 10. Экономические аспекты теории надёжности 10.1. Основы экономического анализа теории надёжности функционирования технических систем и повышения надёжности электроснабжения. Электроэнергетическая система представляет собой большую искусственную человеко-машинную производственно-экономическую систему. Одна из её главных функций — обеспечение надёжного электроснабжения некоторой хозяйственной единицы или целого экономического региона. Создание электроэнергетической системы (ЭЭС), обладающей заданными свойствами, и управление ею, обеспечивающее выполнение её функций, представляет из себя сложную задачу и требует разработки соответствующих методов её решения на основе системного подхода или системного анализа. Подобный анализ выполняется посредством представления этих объектов в качестве систем и анализа этих систем. В настоящее время системный подход предполагает ряд рекомендаций интуитивного характера, например: 1. Выделение исследуемой системы или подсистемы из более общей системы с чёткими контурами границы, выявлении важнейших целей её развития, управления, задач оптимизации и формулирование конкретных критериев оптимальности; 2. Выделение внутренней структуры системы, состава её элементов и всех видов связей между ними, построение иерархии реальной системы; 3. Эквивалентирование и агрегирование реальной системы, позволяющие построить иерархию эквивалентных систем, каждая из которых по своим размерам доступна для анализа и исследования; 4. Формулировка состава задач, решаемых применительно к каждой эквивалентной системе на разных временных этапах её развития, управления и распределения их по уровням иерархии; 5. Выявление состава и способов взаимосвязи эквивалентных систем, информационных связей и формулирование иерархии технической и экономической информации, то есть состава тех показателей, которые необходимы для решения задач каждой подсистемы и которыми она должна обмениваться с остальными подсистемами и внешней средой; 6. Построение комплекса моделей и алгоритмов, необходимых для оптимизации решения и управления как по отдельным подсистемам, так и по всей системе. Обеспечение надёжности ЭЭС связано, в свою очередь, с созданием соответствующих резервов в каждой подсистеме. Уровень современного развития науки и техники позволяет создавать системы практически с любой надёжностью. Однако, повышение уровня надёжности всегда связано с повышением затрат на создание системы и её функционирования. В связи с этим основным вопросом системного анализа надёжности является определение критерия надёжности, при котором уровень надежности, как с технической, так и с экономической точек зрения является оптимальным. Требования к энергосистеме, содержащиеся в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ), являются критерием, полученным на основе эмпирического изучения практики проектирования и эксплуатации. Однако, ПУЭ и действующие в настоящее время многочисленные нормативно-технические документы, во-первых, имеют практически качественный характер и допускают множество технический решений, а во-вторых нестрогий эмпирически интуитивный характер существующих нормативов допускает возможность ошибок в принятии решений, особенно когда это касается перспективных задач, когда рассматриваются новые подходы к построению системы, используется новое оборудование, новые схемы присоединения и т.п. В связи с этим, в последнее время ставится и решается задача выбора критериев, обеспечивающих оптимальную надёжность. Так как надёжность — одно из свойств системы, то её критерии должны быть увязаны с общим критерием принятия решений по развитию системы и её направлению. Поскольку обеспечение того или иного уровня надёжности электроснабжения всегда связано с затратами определённых материально-технических ресурсов, то очевидно, что таким решением будет минимум затрат. Другими словами, всякое повышение затрат на увеличение надёжности должно сопровождаться уменьшением ущерба у потребителей электроэнергии из-за перерывов в электроснабжении. 10.2. Функции затрат и ущербов Рассмотрим отдельно функции затрат и ущербов. Функции затрат всегда имеет вид возрастающей экспоненты. По оси абсцисс отложим абсолютный показатель надёжности П, растущий вместе с надёжностью (допустим, вероятность безотказной работы или наработку на отказ). Свойство такой экспоненты — если брать два одинаковых интервала возрастания , один в зоне малых П, другой — в зоне больших П, то в зоне малых П будет гораздо меньше, чем в зоне больших П. То есть, повысить уровень надёжности при уже достигнутом относительно высоком уровне будет обходиться значительно более дорого. К затратам на повышение надёжности относятся: 1. Капитальные затраты (в т.ч. строительная часть); 2. Эксплуатационные расходы (зарплата персонала, дополнительные запасные части и комплектующие изделия); 3. Стоимость электрической и тепловой энергии, покупаемой у энергосистемы или других поставщиков. Другая экономическая составляющая надёжности — ущерб от перерывов в электроснабжении. Затраты, обусловленные аварийными или плановыми перерывами в электроснабжении, можно рассматривать как средние дополнительные ежегодные издержки (ущерб), которые несёт предприятие помимо затрат на нормальную эксплуатацию объекта. Экономический ущерб является лишь частью полного ущерба, который имеет ещё и экономические, социальные, гуманитарные и др. составляющие, которые не могут быть выражены в денежном эквиваленте. Функция ущерба так же имеет вид экспоненты, но экспоненты убывающей ?________? П, растущий вместе с надёжностью, то: В зоне малых П достаточно велики, в зоне больших П — уже намного меньше, что объясняется и физическим смыслом функции ущерба. Мы видим, что затраты и ущербы ведут себя при росте П совершенно противоположным образом. В случае влияния двух совершенно противоположных тенденций на общий экономический критерий, необходимо найти оптимальный показатель надёжности, являющийся числовым решением экономической целевой функции надёжности: , (8.) где индекс i определяет, что все экономические показатели — затраты и ущербы должны быть преведены к одному промежутку времени, в течение которого всеми изменениями, происходящими с деньгами, можно пренебречь. Обычно таким промежутком времени является 1 год. По идее, соответствует , однако, пользуются некоторой областью вокруг . Это связано хотя бы с дискретностью шкалы мощностей трансформаторов и двигателей, стоимостей единиц оборудования, сечений линий электропередачи. 10.3. Природа и свойства ущербов Причины экономических ущербов: простои, недоиспользование, непроизводительный расход или уничтожение ресурсов, перерасход элементов производства, снижение качества продукции. Ущерб делится по функциональному признаку на прямой (ущерб непосредственно хозяйству предприятия) и косвенный (убытки от несвоевременной поставки продукции потребителю или от снижения её качества). Ущерб по техническому признаку делится на основной (возникший в период аварии и приносящий убыток непосредственно во время аварии) и дополнительный (связанный с приведением к нормальным условиям производственного процесса после устранения аварии). Дополнительный ущерб может быть многократно больше основного. Составляющие экономического ущерба: 1. Затраты на аварийный ремонт (восстановление) оборудования, связанные с его недоамортизацией или досрочной ликвидацией; 2. Стоимость дополнительных потерь электроэнергии из-за отклонение рабочих режимов от оптимальных; 3. Стоимость топлива, расходуемого на пуск энергоблоков, растопку котлоагрегатов и поддержание горения в топках во время аварийной разгрузки или останова агрегатов электростанций; 4. Затраты на демонтаж и транспортировку оборудования при отправке его на ремонтный завод или завод-изготовитель; 5. Дополнительные затраты электроэнергии на замещающих агрегатах; 6. Затраты, связанные с содержанием резервного оборудования; 7. Потери, связанные с простоем оборудования и персонала при аварийном отключении потребителей; 8. Затраты, связанные с повышенными удельными расходами электроэнергии в период после ликвидации аварии; 9. Ущерб из-за недоотпуска электроэнергии потребителям при отключении с предупреждением во время прохождения максимума; 10. Ущерб от внезапного отключения потребителей. В качестве примера расчёта ущерба можно взять формулу для расчёта годового ущерба из-за отключения электроэнергии. , (8.) где — число потребителей электроэнергии, шт; — число типов аварий; — средняя интенсивность аварий k-го типа, произошедших с l-м потребителем; — удельный ущерб на один перерыв в электроснабжении l-го потребителя (без учёта длительности отключения; — удельный ущерб от одного часа перерыва в электроснабжении l -го потребителя; 8760 — число часов в году; — время восстановления l -го потребителя после k-го типа аварии. Формула имеет две составляющие: постоянная , которая характеризует основной ущерб только от события отключения электроэнергии и переменная . Последняя зависит от времени перерыва в электроснабжении и длительности восстановления. резко отличается при внезапном отключении и при отключении с предупреждением. В случае, когда потребителя предупреждают о возможном отключении, он имеет возможность подготовить систему к обратному включению и тем самым снизить . Предприятие на основе опыта отключений может само определить составляющие и в зависимости от типа аварий и возможных предупреждений и обоснованно выставлять энергосистеме финансовые претензии по поводу недоотпущенной электроэнергии, т.е. возмещения ущербов. Вместе с тем, предприятие имеет возможность, несколько завышая затраты на надёжность организовывать аварийное электроснабжение для объектов, необходимых для безаварийного завершения производства, эвакуации персонала, останова основных агрегатов. Для этого системы телемеханики, автоматики, подачи воды и воздуха снабжаются автономным (третьим) источником электроэнергии и, естественно, экономические показатели для таких систем (связанных с безопасностью) никто и никогда не считает. ЗАКЛЮЧЕНИЕ