Confiabilidade de equipamentos elétricos e sistemas de energia

Conceitos básicos e definições de confiabilidade

A confiabilidade está intimamente relacionada a vários aspectos da operação das instalações elétricas. Confiabilidade - a propriedade de um objeto para executar determinadas funções, mantendo no tempo os valores de seus indicadores de desempenho dentro de certos limites, correspondentes a certos modos e condições de uso, manutenção, reparo, armazenamento e transporte.

Confiabilidade em termos de sistemas de alimentação: alimentação contínua dentro de limites aceitáveis indicadores de sua qualidade e eliminação de situações perigosas para as pessoas e para o meio ambiente. Nesse caso, o objeto deve funcionar.

Sob operabilidade significa um estado dos elementos do equipamento elétrico, no qual eles são capazes de executar as funções especificadas, mantendo os valores dos parâmetros especificados dentro dos limites estabelecidos pela documentação normativa e técnica.Nesse caso, os elementos podem não atender, por exemplo, a requisitos relacionados à aparência.

Um evento envolvendo falha de equipamento é chamado de rejeição... As causas de falhas podem ser defeitos de projeto, fabricação e reparo, violações de regras e regulamentos operacionais, processos de desgaste natural. Pela natureza da alteração dos principais parâmetros do equipamento elétrico até o momento da falha, distinguem-se entre falhas súbitas e graduais.

Uma falha repentina é chamada de falha que ocorre como resultado de uma mudança brusca repentina em um ou mais parâmetros básicos (quebra de fase de cabos e linhas aéreas, destruição de conexões de contato em dispositivos, etc.).

Danos graduais são chamados de danos que ocorrem como resultado de uma mudança longa e gradual nos parâmetros, geralmente devido ao envelhecimento ou desgaste (deterioração da resistência de isolamento de cabos, motores, aumento da resistência de contato de conexões de contato, etc.). Ao mesmo tempo, as mudanças no parâmetro em relação ao nível inicial podem, em muitos casos, ser registradas usando dispositivos de medição.

Não há diferença fundamental entre falhas súbitas e graduais. falhas repentinas na maioria dos casos são o resultado de uma mudança gradual, mas oculta da observação, nos parâmetros (por exemplo, desgaste de conjuntos mecânicos de contatos de interruptores), quando sua destruição é percebida como um evento repentino.

Uma falha não reversível indica uma perda de desempenho… Intermitente — falha repetidamente autoeliminatória de um objeto.Se a falha de um objeto não for causada pela falha de outro objeto, ele é considerado independente, caso contrário — dependente.

Uma falha resultante de uma imperfeição ou violação das regras e regulamentos de projeto estabelecidos é chamada de estrutural… Uma falha que ocorreu como resultado de uma imperfeição ou violação do processo estabelecido de produção ou reparo de um objeto realizado em uma empresa de reparos - produção … Falha por violação das regras ou condições de operação estabelecidas — operacional… Motivo da rejeição — defeito.

A confiabilidade é uma das propriedades dos equipamentos elétricos e sistemas de energia que se manifesta apenas durante a operação. A confiabilidade é definida durante o projeto, garantida durante a fabricação, consumida e mantida durante a operação.

A fiabilidade é uma propriedade complexa que, dependendo das especificidades das instalações elétricas e das condições do seu funcionamento, pode incluir: fiabilidade, durabilidade, manutenção, armazenamento isoladamente ou numa determinada combinação, tanto para as instalações elétricas como para os seus elementos individuais .

Às vezes, a confiabilidade é igualada à confiabilidade (neste caso, a confiabilidade é considerada no "sentido estrito").

Confiabilidade - a propriedade dos meios técnicos para manter a operacionalidade contínua por um determinado período de tempo. É o componente mais importante da fiabilidade das instalações elétricas, dependendo da fiabilidade dos elementos, do seu esquema de ligação, das características estruturais e funcionais e das condições de funcionamento.

Durabilidade - propriedade dos meios técnicos para permanecer em serviço até a ocorrência do estado limite com o sistema estabelecido de manutenção e reparo.

No caso em consideração, o estado limite dos meios técnicos é determinado pela impossibilidade de seu funcionamento posterior, causado por uma diminuição da eficiência, ou por requisitos de segurança, ou pelo início da obsolescência.

Manutenção — a propriedade dos meios técnicos, que é a adaptabilidade à prevenção e detecção da causa dos danos e eliminação das suas consequências através da manutenção e reparação.

A manutenção caracteriza a maioria dos elementos das instalações elétricas e não faz sentido apenas para aqueles elementos que não são reparados durante a operação (por exemplo, isoladores de linhas aéreas (AT)).

Persistência - a propriedade dos meios técnicos para manter continuamente uma condição útil (nova) e utilizável durante o armazenamento e transporte. A preservação de elementos de PP é caracterizada por sua capacidade de resistir aos efeitos negativos das condições de armazenamento e transporte.

A escolha de indicadores quantitativos de confiabilidade depende do tipo de equipamento de energia. Aqueles elementos de instalações elétricas cujo desempenho em caso de dano não pode ser restaurado durante a operação (transformadores de corrente, inserções de cabos, etc.) são chamados de não recuperáveis.

Recuperáveis ​​são produtos cujo desempenho em caso de dano deve ser restaurado durante a operação. Exemplos de tais produtos são máquinas elétricas, transformadores de potência, etc.

A confiabilidade dos produtos remanufaturados é determinada por sua confiabilidade, durabilidade, manutenção e armazenamento, e a confiabilidade de produtos não renováveis ​​é determinada por sua confiabilidade, durabilidade e armazenamento.

Fatores que afetam a confiabilidade dos elementos de instalação elétrica

As instalações elétricas utilizadas para transformação, transmissão e distribuição de energia elétrica estão expostas a um grande número de fatores que podem ser classificados em quatro grupos: influências ambientais, operacionais, acidentais, erros de projeto e instalação.

Os fatores ambientais, onde funcionam os elementos das instalações elétricas, incluem a intensidade das trovoadas e atividade do vento, depósitos de gelo, chuvas intensas, precipitação, neblina densa, geada, orvalho, radiação solar e outros. A maioria dos fatores ambientais está listada em livros de referência do clima.

No que diz respeito aos dispositivos de transferência - linhas aéreas de todas as classes de tensão - os fatores mais característicos que contribuem para a sua deterioração são pancadas de chuva, precipitação, neblina densa, geada e orvalho, e para transformadores de potência instalados em instalações elétricas de tipo aberto, os fatores do ambiente incluem energia solar, radiação, pressão atmosférica, temperatura ambiente (fator intimamente relacionado à categoria de localização e condições climáticas).

Uma característica da operação dos elementos de instalações elétricas de tipo aberto de todas as classes de tensão é a mudança de todos os fatores, por exemplo, uma mudança de temperatura de + 40 ± a -50 ± C.As flutuações na intensidade da atividade das trovoadas nas regiões do nosso país variam de 10 a 100 ou mais horas de trovoada por ano.

O impacto de fatores climáticos externos leva ao aparecimento de defeitos durante a operação: umedecimento do óleo em transformadores e disjuntores a óleo, umedecimento do isolamento no tanque e isolamento das travessas das chaves de óleo, umedecimento da estrutura da bucha, destruição dos suportes e isoladores de buchas sob gelo, carga de vento, etc. Portanto, para cada região climática, durante o funcionamento de uma instalação elétrica, é necessário levar em consideração os fatores ambientais.

Os fatores operacionais incluem sobrecarga dos elementos da instalação elétrica, correntes de curto-circuito (sobrecorrente), vários tipos de sobretensões (arco elétrico, comutação, ressonância, etc.).

De acordo com as regras de operação técnica, as linhas aéreas de 10 a 35 kV com neutro isolado podem funcionar na presença de uma falha à terra monofásica e a duração de sua remoção não é padronizada. Sob essas condições de operação, as faltas de arco em redes de distribuição ramificadas são a principal causa de falha de isolação enfraquecida.

Para transformadores de potência, os fatores operacionais mais sensíveis são suas sobrecargas, forças mecânicas nos enrolamentos em curto-circuito por correntes. Um lugar significativo nos fatores operacionais é ocupado pela qualificação do pessoal e pelos efeitos que o acompanham (erros do pessoal, reparos e manutenção de má qualidade, etc.).

O grupo de fatores que afetam indiretamente a confiabilidade das instalações elétricas inclui erros de projeto e instalação: não conformidade com as diretrizes durante o projeto, não conformidade com os requisitos de confiabilidade, não conformidade com a magnitude das correntes capacitivas em redes de 10 a 35 kV e sua compensação durante o desenvolvimento de redes, produção de baixa qualidade de elementos de instalação elétrica, defeitos de instalação, etc.

Um pequeno grupo de fatores que afetam a confiabilidade das instalações elétricas em operação são os fatores acidentais: colisão de máquinas de transporte e agrícolas em suportes, sobreposição de um veículo em movimento sob as linhas aéreas, interrupção de fios, etc.

Confiabilidade do fornecimento de energia aos consumidores

É tecnicamente possível criar tais sistemas, e os que falham raramente ocorrerão (elementos altamente confiáveis ​​com um sistema de serviço tônico perfeito, uso de circuitos com cortes múltiplos, etc.). Mas a criação de tais sistemas exigirá maior investimento. e custos operacionais. Portanto, existem soluções para melhorar o aspecto econômico da confiabilidade: elas buscam não a máxima confiabilidade alcançável, mas uma confiabilidade racional, ótima de acordo com todos os critérios técnicos e econômicos.

Para soluções de design padrão PUE não requer cálculos de confiabilidade: as categorias são consumidores de energia destacados em termos de confiabilidade de fornecimento de energia (em geral, eles diferem na quantidade de dano de uma falha de energia), para os quais a redundância de redes (o número de fontes independentes) e o presença de automação de emergência (duração admissível de falha de energia).

Em termos de garantia da confiabilidade do fornecimento de energia, o PUE divide os consumidores elétricos em três categorias: primeiro, segundo e terceiro. A atribuição de um receptor elétrico a uma ou outra categoria em termos de confiabilidade deve ocorrer com base na documentação regulamentar, bem como na parte tecnológica do projeto (ou seja, é determinada pelos engenheiros de projeto).

Para mais detalhes sobre as características de cada categoria, veja aqui: Categorias de confiabilidade da fonte de alimentação de receptores elétricos