Confiabilidad de equipos eléctricos y sistemas de potencia.
Conceptos básicos y definiciones de confiabilidad
La confiabilidad está íntimamente relacionada con varios aspectos del funcionamiento de las instalaciones eléctricas. Confiabilidad - la propiedad de un objeto para realizar ciertas funciones, manteniendo a tiempo los valores de sus indicadores de desempeño dentro de ciertos límites, correspondientes a ciertos modos y condiciones de uso, mantenimiento, reparación, almacenamiento y transporte.
Fiabilidad en términos de sistemas de suministro de energía: suministro continuo de energía dentro de límites aceptables indicadores de su calidad y eliminando situaciones peligrosas para las personas y el medio ambiente. En este caso, el objeto debería funcionar.
Bajo operabilidad significa tal estado de los elementos del equipo eléctrico, en el que pueden realizar las funciones especificadas, manteniendo los valores de los parámetros especificados dentro de los límites establecidos por la documentación normativa y técnica.En este caso, los elementos pueden no cumplir, por ejemplo, requisitos relacionados con la apariencia.
Un evento que involucra la falla del equipo se llama rechazo... Las causas de las fallas pueden ser defectos de diseño, fabricación y reparación, violaciones de las normas y reglamentos operativos, procesos de desgaste natural. Por la naturaleza del cambio de los principales parámetros de los equipos eléctricos hasta el momento de la falla, se distinguen entre fallas repentinas y graduales.
Una falla repentina se denomina falla que ocurre como resultado de un cambio brusco repentino en uno o más parámetros básicos (ruptura de fase de cables y líneas aéreas, destrucción de conexiones de contacto en dispositivos, etc.).
Se denomina daño gradual al daño que se produce como resultado de un cambio gradual y prolongado de los parámetros, generalmente debido al envejecimiento o al desgaste (deterioro de la resistencia de aislamiento de cables, motores, aumento de la resistencia de contacto de las conexiones de contacto, etc.). Al mismo tiempo, los cambios en el parámetro en comparación con el nivel inicial en muchos casos pueden registrarse utilizando dispositivos de medición.
No existe una diferencia fundamental entre fallas repentinas y graduales. las fallas repentinas en la mayoría de los casos son el resultado de un cambio gradual, pero oculto a la observación, en los parámetros (por ejemplo, el desgaste de los ensamblajes mecánicos de los contactos del interruptor), cuando su destrucción se percibe como un evento repentino.
Una falla irreversible indica una pérdida de rendimiento... Intermitente: falla repetidamente autoeliminable de un objeto.Si la falla de un objeto no se debe a la falla de otro objeto, entonces se considera independiente; de lo contrario, dependiente.
Una falla que resulta de una imperfección o violación de las normas y reglamentos de diseño establecidos se denomina estructural... Una falla que ocurrió como resultado de una imperfección o violación del proceso establecido de producción o reparación de un objeto llevado a cabo en una empresa de reparación: producción … Falla como resultado de la violación de las reglas o condiciones establecidas de operación — operacional… Motivo del rechazo — defecto.
La confiabilidad es una de las propiedades de los equipos eléctricos y los sistemas de potencia que se manifiesta solo durante la operación. La confiabilidad se define durante el diseño, se asegura durante la fabricación, se consume y se mantiene durante la operación.
La confiabilidad es una propiedad compleja que, dependiendo de las características específicas de las instalaciones eléctricas y de las condiciones de su operación, puede incluir: confiabilidad, durabilidad, mantenimiento, almacenamiento por separado o en cierta combinación, tanto para las instalaciones eléctricas como para sus elementos individuales. .
A veces, la confiabilidad se equipara con la confiabilidad (en este caso, la confiabilidad se considera en el "sentido estricto").
Confiabilidad: la propiedad de los medios técnicos para mantener la operatividad continua durante un cierto período de tiempo. Es el componente más importante de la confiabilidad de las instalaciones eléctricas, dependiendo de la confiabilidad de los elementos, su esquema de conexión, características estructurales y funcionales y condiciones de operación.
Durabilidad - la propiedad de los medios técnicos de permanecer en servicio hasta la ocurrencia del estado límite con el sistema establecido de mantenimiento y reparación.
En el caso que nos ocupa, el estado límite de los medios técnicos viene determinado por la imposibilidad de su funcionamiento ulterior, que se debe bien a una disminución de la eficacia, bien a exigencias de seguridad, bien a la aparición de la obsolescencia.
Mantenimiento: la propiedad de los medios técnicos, que es la adaptabilidad para la prevención y detección de la causa del daño y la eliminación de sus consecuencias mediante el mantenimiento y la reparación.
El mantenimiento caracteriza a la mayoría de los elementos de las instalaciones eléctricas y no tiene sentido solo para aquellos elementos que no se reparan durante la operación (por ejemplo, aisladores de líneas aéreas (AT)).
Persistencia: la propiedad de los medios técnicos para mantener continuamente una condición útil (nueva) y útil durante el almacenamiento y el transporte. La conservación de los elementos de PP se caracteriza por su capacidad para soportar los efectos negativos de las condiciones de almacenamiento y transporte.
La elección de indicadores cuantitativos de confiabilidad depende del tipo de equipo de potencia. Se denominan irrecuperables aquellos elementos de las instalaciones eléctricas cuyas prestaciones en caso de avería no pueden restablecerse durante su funcionamiento (transformadores de corriente, insertos de cables, etc.).
Los recuperables son productos cuyo rendimiento en caso de daño debe restaurarse durante la operación. Ejemplos de tales productos son máquinas eléctricas, transformadores de potencia, etc.
La confiabilidad de los productos remanufacturados está determinada por su confiabilidad, durabilidad, mantenimiento y almacenamiento, y la confiabilidad de los productos no renovables está determinada por su confiabilidad, durabilidad y almacenamiento.
Factores que afectan a la fiabilidad de los elementos de la instalación eléctrica.
Las instalaciones eléctricas destinadas a la transformación, transmisión y distribución de energía eléctrica están expuestas a un gran número de factores que se pueden clasificar en cuatro grupos: influencias ambientales, errores de funcionamiento, accidentales, de diseño y de instalación.
Los factores ambientales, donde funcionan los elementos de las instalaciones eléctricas, incluyen la intensidad de las tormentas y la actividad del viento, los depósitos de hielo, las fuertes lluvias, las precipitaciones, la niebla densa, las heladas, el rocío, la radiación solar y otros. La mayoría de los factores ambientales se enumeran en los libros de referencia sobre el clima.
Con respecto a los dispositivos de transferencia —líneas aéreas de todas las clases de tensión—, los factores más característicos que contribuyen a su daño son los chubascos, las precipitaciones, la niebla densa, la escarcha y el rocío, y para los transformadores de potencia instalados en instalaciones eléctricas de tipo abierto, los factores de la entorno incluyen la energía solar, la radiación, la presión atmosférica, la temperatura ambiente (un factor estrechamente relacionado con la categoría de ubicación y las condiciones climáticas).
Una característica del funcionamiento de los elementos de las instalaciones eléctricas de tipo abierto de todas las clases de voltaje es el cambio de todos los factores, por ejemplo, un cambio de temperatura de + 40 ± a -50 ± C.Las fluctuaciones en la intensidad de la actividad tormentosa en las regiones de nuestro país varían de 10 a 100 o más horas tormentosas por año.
El impacto de factores climáticos externos conduce a la aparición de defectos durante la operación: humectación del aceite en transformadores y disyuntores de aceite, humectación del aislamiento en el tanque y aislamiento de los travesaños de los interruptores de aceite, humectación del marco del aislador, destrucción de los soportes y aisladores de bushings bajo hielo, carga de viento, etc. Por lo tanto, para cada región climática, durante el funcionamiento de una instalación eléctrica, es necesario tener en cuenta los factores ambientales.
Los factores operativos incluyen la sobrecarga de los elementos de la instalación eléctrica, las corrientes de cortocircuito (sobrecorriente), varios tipos de sobretensiones (arcos, conmutación, resonancia, etc.).
De acuerdo con las reglas de operación técnica, las líneas aéreas de 10 a 35 kV con un neutro aislado pueden funcionar en presencia de una falla a tierra monofásica, y la duración de su retiro no está estandarizada. Bajo estas condiciones de operación, las fallas de arco en las redes de distribución ramificadas son la causa principal de la falla del aislamiento debilitado.
Para los transformadores de potencia, los factores operativos más sensibles son su sobrecarga, fuerzas mecánicas en los devanados en cortocircuito a través de corrientes. Un lugar significativo en los factores operativos lo ocupa la calificación del personal y los efectos que lo acompañan (errores del personal, reparaciones y mantenimiento de mala calidad, etc.).
El grupo de factores que afectan indirectamente la confiabilidad de las instalaciones eléctricas incluyen errores de diseño e instalación: incumplimiento de las pautas durante el diseño, incumplimiento de los requisitos de confiabilidad, incumplimiento de la magnitud de las corrientes capacitivas en redes de 10 - 35 kV y su compensación durante el desarrollo de redes, producción de baja calidad de elementos de instalación eléctrica, defectos de instalación, etc.
Un pequeño grupo de factores que afectan a la fiabilidad de las instalaciones eléctricas en funcionamiento son los factores accidentales: colisión de máquinas agrícolas y de transporte sobre soportes, superposición de un vehículo en movimiento bajo las líneas aéreas, interrupción de cables, etc.
Fiabilidad del suministro de energía a los consumidores.
Es técnicamente posible crear este tipo de sistemas, y los que fallan rara vez se producirán (elementos de alta fiabilidad con un sistema de servicio de tónica perfecto, uso de circuitos con múltiples cortes, etc.). Pero la creación de tales sistemas requerirá una mayor inversión. y costos de operación. Por lo tanto, existen soluciones para mejorar el aspecto económico de la confiabilidad: no buscan la máxima confiabilidad alcanzable, sino una racional, óptima de acuerdo con todos los criterios técnicos y económicos.
Para soluciones de diseño estándar PUE no requiere cálculos de confiabilidad: las categorías se destacan consumidores de energía en términos de confiabilidad del suministro de energía (en general, difieren en la cantidad de daño de una falla de energía), para los cuales la redundancia de las redes (el número de fuentes independientes) y la presencia de automatización de emergencia ( duración permitida de corte de energía).
En términos de garantizar la confiabilidad del suministro de energía, PUE divide a los consumidores eléctricos en tres categorías: primera, segunda y tercera. La asignación de un receptor eléctrico a una u otra categoría en términos de confiabilidad debe ocurrir sobre la base de la documentación reglamentaria, así como en la parte tecnológica del proyecto (es decir, lo determinan los ingenieros de diseño).
Para más detalles sobre las características de cada categoría, ver aquí: Categorías de fiabilidad de la fuente de alimentación de los receptores eléctricos.