Надежность электроснабжения что это такое

Степень надежности электроснабжения зависит от многих факторов работы энергосистемы. От нее зависит не только посмотрим ли мы вечером телевизор дома, но и на очень много других факторов. Степень надежности электроснабжения зависит от многих факторов работы энергосистемы. От нее зависит не только посмотрим ли мы вечером телевизор дома, но и на очень много других факторов.

Основные факторы влияющие на надежность систем электроснабжения

Число отказов от нормальной работы в год определяет степень повреждаемости системы. Повреждаемость состоит из повреждаемости оборудования (электрические машины и аппараты, кабели, трансформаторы, бытовые устройства и системы), возникающей из-за ошибок обсуживающего персонала, нарушения правил эксплуатации устройств, наличие агрессивных сред на производстве, ошибок при проектировании и монтаже. При проведении расчетов надежности проектируемого объекта обязательно учитываются два ключевых фактора: безотказность системы и ее ремонтопригодность.

Непрерывная безотказная работа в течении какого-то промежутка времени при нормальных условиях эксплуатации называют безотказностью. Примером может послужить интенсивность отказов для установки, вероятность безотказной работы, но этот пример для не ремонтируемых устройств или заменяющихся после первого отказа. А наработка на отказ, количество отказов – это для ремонтируемых устройств. Среднее время безотказной работы за какой-то промежуток времени – это наработка на отказ.

Предупреждение, обнаружение и своевременное  устранение неисправностей путем проведения технических обслуживаний и ремонтов – это ремонтопригодность. Примером ремонтопригодности может послужить среднее время восстановления, вероятность проведения ремонта в указанные сроки.

Режим работы, при котором возможно исчезновение напряжения питания (ввод резервного питания) не приводящие к расстройству технологических циклов и процессов, не приводят к значительному ущербу и возникновению опасности аварийных ситуаций называют бесперебойным питанием.

Также  к ним относят потребителей, перерыв в снабжении которых приводит к загрязнению окружающей среды опасными для жизни и здоровья людей веществами. В бытовом примере это системы канализации: Вторая категория надежности электроснабжения

Также  к ним относят потребителей, перерыв в снабжении которых приводит к загрязнению окружающей среды опасными для жизни и здоровья людей веществами. В бытовом примере это системы канализации:
Вторая категория надежности электроснабжения

При перерыве питания потребителей данной группы может произойти:

• Массовые простои рабочих и техники;
• Массовый недоотпуск продукции предприятия;
• К остановке электротранспорта;

Для таких приемников тоже предусматривают резервное питание, но в отличии от электроприемников 1-й категории, могут допускаться перерывы в электроснабжении для ручного ввода резервного питания или для выезда ремонтной бригады для переключений в ручном режиме на подстанции, где нет постоянного дежурного персонала. Если автоматический ввод резерва (АВР) не несет за собой больших финансовых затрат, он может применяться и для потребителей 2-й категории.

Эта группа является самой многочисленной для всех отраслей промышленности. Она не однородна. В данной группе может присутствовать  нагрузки которые ближе по своим технологическим требованиям к электроприемникам 1-ой категории, а некоторые ближе к 3-й категории. К вопросам бесперебойности питания данной категории нужно подходить особо внимательно и не применять резервирование постоянно, как это требует первая категория электроснабжения.

Эти обстоятельства получили свое отражение в ПУЭ,  которые при определенных обстоятельствах допускают не создавать специального резервирования для потребителей 2-й категории. Уровень надежности питания определяют в основном с помощью технико-экономических расчетов исходя из минимальных затрат вызываемых при остановке производства.

Сравнение влияния перерывов в электроснабжении на производственный цикл промышленных предприятий

Как известно каждое производство имеет свои особенности технологических процессов. Брак продукции, порча электрооборудования, возникновения ситуаций угрожающих жизни и здоровью людей – это все возникает при перерыве в электроснабжении. Причем время перерыва может составлять до 30 минут на одних предприятиях, а на других 2-3 часа и более. Также отличие есть и во времени, необходимом для восстановления нормального производственного цикла после перерыва питания электроэнергией. Это время может колебаться от 5 минут до 2 часов, а иногда и более.

Некоторые производства после восстановления электропитания работают с пониженной производительностью (бумагоделательные машины) от нескольких часов до нескольких суток. Если происходит перерыв питания прокатного стана хотя-бы на 10-15 минут, это не приведет к массовому браку продукции, но из-за перерыва в работе стана нарушится технологический процесс. Слитки, подготовленные к прокату, за время останова остынут. Их необходимо подогреть, что приведет к финансовым затратам, а в плавильных печах необходимо поддерживать постоянную температуру даже на время простоя стана, что ведет дополнительным тратам на топливо. После восстановления напряжения питания прокатного стана необходимо не менее 1 часа для восстановления нормального технологического цикла.

Ниже приведен график зависимости восстановления технологического процесса на азотно-туковом заводе:

Где tэ – время прерывания электроснабжения часов, tп – время восстановления нормального цикла производства. Как упоминалось выше, при перерыве подачи электроэнергии восстановления нормального цикла производства для каждого цеха может иметь разное время. Ниже приведен график зависимости восстановления технологического процесса на заводе по производству синтетического спирта и полиэтилена:

Где tэ – время прерывания электроснабжения часов, tп – время восстановления нормального цикла производства, 1 – цех пиролиза, 2 – цех газораспределения, 3 – цех гидрации и ректификации спирта, 4 – цех полиэтилена низкого давления, 5 — цех полиэтилена высокого давления.

Также перерывы в подаче электрической энергии ведет к нарушению технологических процессов, что существенно влияет на выпуск продукции. Ниже приведен график изменения технологического параметра при перерыве электроснабжения:

Чтобы сохранить бесперебойную работу технологической установки необходимо не превышать продолжительность перерыва tпер. больше допустимого tдоп.т., с одной стороны и величину допустимую по условиям самозапуска (например приводного электродвигателя) tдоп.э.:

2 Качество электроэнергии

Российским стандартом ГОСТ 13109-97 установлены показатели и нормы качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения). Это в полной мере относится и к качеству электроэнергии, поставляемой электроснабжающими организациями бытовым потребителям.

Нормы, установленные стандартом, включаются в технические условия на присоединение потребителей электрической энергии и в договоры на пользование электрической энергией.

Для обеспечения норм стандарта в точках общего присоединения допускается устанавливать в технических условиях на присоединение потребителей, являющихся виновниками ухудшения КЭ, и в договорах на пользование электрической энергией с такими потребителями более жесткие нормы (с меньшими диапазонами изменения соответствующих показателей КЭ) по сравнению со стандартом.

Нормы, установленные стандартом, применяют при проектировании и эксплуатации электрических сетей, а также при определении уровней помехоустойчивости приемников электрической энергии и уровней кондуктивных электромагнитных помех, вносимых этими приемниками. При этом под кондуктивной электромагнитной помехой в системе энергоснабжения понимается электромагнитная помеха, распространяющаяся по элементам электрической сети.

Под понятием «уровень электромагнитной совместимости» в системе энергоснабжения подразумевается регламентированный уровень кондуктивной электромагнитной помехи, используемый в качестве эталонного для координации между допустимым уровнем помех, вносимым техническими средствами энергоснабжающей организации и потребителей электрической энергии, и уровнем помех, воспринимаемым техническими средствами без нарушения их нормального функционирования.

В указанном ГОСТе установлены два вида норм КЭ: нормально допустимые и предельно допустимые. Для бытовых потребителей электроэнергии применимы нижеследующие нормы показателей КЭ.

Отклонение напряжения, характеризующиеся показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения 5Uy на выводах приемников электрической энергии равные соответственно +5 и +10% от номинального напряжения электрической сети. В сетях напряжением 0,38 кВ это соответственно составляет: 361-399 В и 342-418 В.

Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:

- размахом изменения напряжения;

- дозой фликера.

Фликер - это субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти

источники, а доза фликера — мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный интервал времени.

Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения напряжения dUy и размаха изменений напряжений dU1 в точках присоединения к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ равно ±10% от номинального напряжения.

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера PSt равно 1,38, а для длительной дозы фликера PLt составляет 1,0.

Кратковременную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, равном 10 мин. Длительную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, равном 2 ч.

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера PSt в точках общего присоединения потребителей электрической энергии, располагающих лампами накаливания, в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, равно 1,0, а для длительной дозы фликера PLt равно 0,74.

Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

- коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициентом n-й гармонической составляющей напряжения.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ составляют соответственно 8 и 12%.

Нормально допустимые значения коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1 Коэффициент n-й гармонической составляющей* напряжения при напряжении 380 В, %

'n - Номер гармонической составляющей напряжения.

** — Нормально допустимые значения, приведенные для п, равных 3 и 9, относятся к однофазным электрическим сетям. В трехфазных трехпроводных электрических сетях эти значения принимают вдвое меньшими приведенных в таблице

Предельно допустимое значение коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения вычисляют по формуле

где Ku(n)пред - нормально допустимое значение коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения, определяемое по табл. 8.1.

Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:

- коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0% соответственно.

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны 2,0 и 4,0% соответственно.

Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равные ±0,2 и +0,4 Гц соответственно.

Импульс напряжения характеризуется его амплитудой и длительностью значения грозовых импульсных напряжений, регламентированных ГОСТом. В воздушной сети 0,38 кВ не превышают 10 кВ, во внутренней сети зданий 6 кВ.

Коммутационные импульсные напряжения в сетях 0,38 кВ при их длительности на уровне 0,5 амплитуды импульса и длительности, равной 1000-1500 мкс, составляют 4,5 кВ.

Временные перенапряжения в точках присоединения к электрической сети общего назначения в зависимости от их длительности определяются коэффициентом временного перенапряжения:

где Umax - амплитуда импульса;

Uнmax; - амплитуда номинального напряжения.

Значения коэффициента временного перенапряжения в точках присоединения электрической сети общего назначения в зависимости от длительности временных перенапряжений приведены ниже:

Длительность временного перенапряжения tперU, с…………….. До 1 До 20 До 60

Коэффициент временного перенапряжения KперU, отн.ед……. 1,47 1,31 1,15

Способы вычислений и измерений рассмотренных показателей и норм КЭ приведены также в ГОСТ 13109-97.

Все электроприборы рассчитываются и выпускаются для работы от сети с качеством электроэнергии, соответствующим требованиям ГОСТ 13109-97.

Однако в реальных условиях характеристики систем электроснабжения не являются стабильными, они непрерывно изменяются под воздействием различных факторов. К таким факторам относятся, например: перегрузка существующих сетей, подключение к сети потребителей источников высших гармоник (в бытовом секторе это могут быть статические преобразователи частоты на насосных агрегатах), включение-отключение электроприводов, аварийные ситуации (обрыв линий, короткие замыкания и пр.). Кроме того, к нестабильности приводят удары молнии в элементы электросети и ее вторичные проявления.

Возникающие при этих воздействиях отклонения величины или формы напряжения от требований ГОСТ 13109-97 - возмущения, помехи - отрицательно сказываются на работе электрооборудования.

Так, кратковременные повышения напряжения в сети на величину более 110% от номинального значения на время более одного периода синусоиды (20 мс), которые могут возникнуть при отключении энергоемкого оборудования (электродвигатели лифтов, вентиляционных систем, насосов и т.п.) при питании их от одних сборных шин с потребителями квартир, может привести к:

- сбросу оперативной памяти компьютеров;

- возникновению ошибок в работе компьютеров;

- выходу из строя чувствительной телерадиоаппаратуры;

- мерцанию электрического освещения.

Аналогичные неисправности могут произойти и при кратковременных (до 20 мс) посадках напряжения до величины менее 80-85% от номинального значения, которые связаны с включением энергоемкого оборудования.

При высоковольтных (около 6 кВ) кратковременных импульсах длительностью до 10 мс, вызываемых, как правило, ударами молнии или искрениями в силовых переключателях на вводных устройствах, может произойти:

- сброс оперативной памяти компьютеров;

- выход из строя элементов аппаратуры.

Снижение частоты питающей сети ниже аварийной величины приводит к срабатыванию частотной защиты и отключению многих потребителей электроэнергии.

Отклонение частоты от установленных в ГОСТ 13109-97 значений может привести к:

- выходу из строя накопителей информации;

- «зависанию» компьютерной системы;

- программным сбоям;

- потере данных.

По данным фирмы Merlin Gerin, 45% всех неисправностей вызваны низким качеством напряжения питающих сетей, 20% - перерывами электропитания, остальные 35% - неисправностью электрооборудования потребителя и человеческим фактором.

Таким образом, для надежности работы электрооборудования и приборов необходимо бесперебойное питание их электроэнергией с показателями качества, находящимися в допустимых пределах, регламентированных ГОСТ 13109-97.

Для этой цели используются следующие средства:

1. При длительных перерывах в электроснабжении автономные источники - дизельгенераторные установки (ДГУ), обеспечивающие электроснабжение либо всей установки, либо наиболее ответственных потребителей (в зависимости от требований и возможностей заказчика)5.

2. При кратковременных посадках или повышениях напряжения, а также отклонениях частоты - применение статических агрегатов бесперебойного питания (АБП) для питания чувствительных к помехам наиболее ответственных потребителей: компьютерной техники, а также систем связи, пожарной и охранной сигнализации.

3. При снижениях или повышениях напряжения питающей сети - стабилизаторы напряжения для обеспечения нормальной работы радио- и телевизионной аппаратуры.

4. При импульсных перенапряжениях - ограничители перенапряжения для защиты всех видов электрооборудования. Стабилизаторы напряжения выпускаются различными фирмами и широко представлены на рынке. Их выбор не зависит от электрооборудования питающей сети и определяется напряжением защищаемого устройства, его мощностью и напряжением питающей сети.

Оптимально применять ограничители перенапряжения того же производителя, что и аппаратура питающих распределительных устройств. Ограничители перенапряжения, входящие в номенклатуру Multi 9 фирмы Schneider Electric, удачно сочетаются с различными автоматическими выключателями той же серии6.

Для защиты в домашних условиях от перенапряжений, помех и вторичного проявления молний высокочувствительного и дорогостоящего оборудования фирмой Merlin Gerin выпускается серия устройств Pulsar CL, технические характеристики которых приведены в табл. 8.2.

Pulsar CL1 Tel позволяет подключить телефон, факс или модем, а CL1 TV - телевидение, видео- и аудиотехнику, обеспечивая защиту от перенапряжений в питающей сети.

Pulsar CL5 допускает подключение до пяти розеток с потребителями разного назначения, а в модификациях Tel или TV дополнительно предусмотрено подключение телефона, факса, модема или теле-, видео-, аудиоаппаратуры.

Pulsar CL8 имеет 8 розеток для подключения потребителей, а также выходы для подключения телефона, факса, модема, теле-, видео-, аудиотехники.

В устройствах серии CL имеется возможность монтажа на стене в местах расположения защищаемого оборудования.

Таблица 8.2 Основные технические характеристики устройств защиты от перенапряжений Pulsar CL

 

Обеспечение надежной работы электроприемников

Для обеспечения надежной работы ответственных потребителей электрической энергии при нормальных и послеаварийных режимах необходимо:

• Максимально уменьшить число и продолжительность перерывов в электроснабжении;
• Качество электроэнергии должно быть удовлетворительным, для обеспечения устойчивой работы ответственных агрегатов если режим электроснабжения нарушен;

Надежность систем электроснабжения, в первую очередь, определяется конструктивными и схемными решениями при построении данных систем. Также не последнюю роль в повышении надежности систем электроснабжения играет разумное использования резервных источников питания, надежность работы каждого элемента систем, в частности электрооборудования. К сожалению именно надежность электрооборудования является ключевым фактором при возникновении чрезвычайных происшествий. Эти факторы, к сожалению, в минимальной степени зависят от проектировщика. Наиболее оптимальное решение не может быть принято без хорошего знания и учета всех особенностей проектируемых предприятий.

Первая категория надежности электроснабжения

Данная группа не допускает перерыва в электроснабжении. Перерыв подачи электрической энергии к объекту может привести к очень тяжелым последствиям, таким как:

• Опасность для жизни и здоровья людей;
• Массовый брак продукции;
• Дорогостоящее оборудование может выйти из строя;
• Сложные технологического процесса нарушаются;
• Нарушение нормального функционирования объектов коммунального хозяйства;

Наиболее существенный вес данной категории в промышленности, где остановка работы, например таких устройств, как вентилятор главного проветривания шахты приводит к остановке шахты и эвакуации всех людей из нее, что является срывом технологического процесса ставящим под угрозу жизнь и здоровье людей, а также приводят к массовому недоотпуску продукции и угрозе взрыва в шахте.

Наибольшая составляющая потребителей первой категории электроснабжения приходит на химическую и металлургическую промышленности, в остальных отраслях удельный вес данной нагрузки гораздо ниже.

На металлургических комбинатах, которые имеют не полный цикл производства металла (только коксохимические цеха или доменные и пр.), количество электроприемников 1-й категории может составлять порядка 70-80%, а с полным циклом 25-40%. На заводах производящих синтетический каучук приблизительно 70-80% полной нагрузки предприятия.

Из электроприемников 1-й категории можно выделить особую группу потребителей, бесперебойная подача электрической энергии к которым необходима для безаварийного останова производства, чтобы не допустить чрезвычайных происшествий (угрозы жизни и здоровью людей, повреждения дорогостоящего оборудования, пожаров, взрывов и других).

При проектировании электроснабжения потребителей данной группы необходимо тщательно исследовать специфику производства и технологию работы проектируемого объекта. Без необходимости не нужно завышать мощность для данной группы. Рассмотреть и сопоставить все возможные варианты. Также необходимо в обязательном порядке предусмотреть резервное питание для приемников данной группы.

Примерами таких  электроприемников могут быть:

Шахтные подъемные машины, обеспечивающие подъем людей из шахты при возникновении аварийных ситуаций

При остановленном технологическом процессе насосы охлаждения доменных печей: