Способы резервирования электрических сетей

Способы резервирования в системах электроснабжения.

Простейшей системой с точки зрения надежности является такой комплект элементов, при котором отказ одного элемента вызывает отказ всей системы, но не изменяет надежность других элементов. Такая структура называется системой с последовательным соединением элементов без резервирования.

Вероятность безотказной работы системы с последовательным соединением элементов определяется как вероятность безотказной работы всех элементов в течении времени t: P_с(t) = P₁(t)P₂(t)…P_n(t).

При экспоненциальном законе распределения каждого элемента вероятность безотказной работы системы из последовательно соединенных элементов также подчиняется экспоненциальному закону.

P_с(t) = e – λ1 t e – λ2 t …e – λ nt = e – Σλ t . Отсюда интенсивность отказов системы λ_с = λ₁+λ₂+…+ λ_n.

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.

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

В теории надежности различают два способа резервирования:

1. Постоянное – резервирование, при котором в работе постоянно находятся все элементы, и система не отказывает до выхода из строя определенного их числа.

2. Замещением – резервирование, при котором резервные элементы включаются только после автоматического отключения отказавших элементов.

В энергетике резервирование замещением осуществляется многочисленными устройствами АВР («холодный» резерв), постоянное – вращающимся и скрытым резервом генераторов, трансформаторов и электродвигателей («горячий» резерв).

При постоянном резервировании важнейшим показателем надежности является кратность резервирования – соотношение числа рабочих и резервных элементов:

k = (n – r)/r = (m – 1)/(n – m + 1).

Для различных k существуют таблицы и кривые зависимости вероятности безотказной работы системы от кратности резервирования при экспоненциальном законе

Резервирование с дробной кратностью (k

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 (экономическому).

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.

26. Расчеты вероятностей отказа и безотказной работы при различных видах резервирования.

Вероятность безотказной работы системы с последовательным соединением элементов без резервирования определяется как вероятность безотказной работы всех элементов в течении времени t:

При экспоненциальном законе распределения каждого элемента вероятность безотказной работы системы из последовательно соединенных элементов также подчиняется экспоненциальному закону.

P_с(t) = e – λ1 t e – λ2 t …e – λ nt = e – Σλ t . Отсюда интенсивность отказов системы λ_с = λ₁+λ₂+…+ λ_n.

В теории надежности различают два способа резервирования:

1. Постоянное – резервирование, при котором в работе постоянно находятся все элементы, и система не отказывает до выхода из строя определенного их числа.

2. Замещением – резервирование, при котором резервные элементы включаются только после автоматического отключения отказавших элементов.

При постоянном резервировании важнейшим показателем надежности является кратность резервирования – соотношение числа рабочих и резервных элементов:

k = (n – r)/r = (m – 1)/(n – m + 1),

где n – общее число элементов системы, работающих параллельно, r – число элементов, необходимых для нормальной работы (r

Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 56 ; Нарушение авторских прав

Источник

Резервирование в электроснабжении

2.4.1.Виды резервирования

На стадии проектирования СЭС для обеспечения требуемой надежности приходится во многих случаях как минимум дублировать отдельные элементы и даже отдельные системы, т.е. использовать резервирование.

Резервирование характерно тем, что оно позволяет повысить надежность системы по сравнению с надежностью составляющих ее элементов. Повышение надежности отдельно взятых элементов требует больших материальных затрат. В этих условиях резервирование, например, за счет введения дополнительных элементов, является эффективным средством обеспечения требуемой надежности систем.

Если при последовательном соединении элементов общая надежность системы (т.е. вероятность безотказной работы) ниже надежности самого ненадежного элемента, то при резервировании общая надежность системы может быть выше надежности самого надежного элемента.

Резервирование осуществляется путем введения избыточности. В зависимости от природы последней резервирование бывает:

Структурное резервирование заключается в том, что в минимально необходимый вариант системы, состоящей из основных элементов, вводятся дополнительные элементы, устройства или даже вместо одной системы предусматривается использование нескольких одинаковых систем.

Информационное резервирование предусматривает использование избыточной информации. Его простейшим примером является многократная передача одного и того же сообщения по каналу связи. Другим примером являются коды, применяемые в управляющих ЭВМ для обнаружения и исправления ошибок, возникающих в результате сбоев и отказов аппаратуры.

Временное резервирование предусматривает использование избыточного времени. Возобновление прерванного в результате отказа функционирования системы происходит путем ее восстановления, если имеется определенный запас времени.

Существуют два метода повышения надежности систем путем структурного резервирования:

1) общее резервирование, при котором резервируется система в целом;

2) раздельное (поэлементное) резервирование, при котором резервируются отдельные части (элементы) системы.

Схемы общего и раздельного структурного резервирования представлены соответственно на рис. 2.6. и 2.7., где n — число последовательных элементов в цепи, m – число резервных цепей (при общем резервировании) или резервных элементов для каждого основного (при раздельном резервировании).

При m = 1 имеет место дублирование, а при m=2 – троирование. Обычно стремятся по возможности применять раздельное резервирование, т.к. при этом выигрыш в надежности часто достигается значительно меньшими затратами, чем при общем резервировании.

В зависимости от способа включения резервных элементов различают постоянное резервирование, резервирование замещением и скользящее резервирование.

Постоянное резервирование – это такое резервирование, при котором резервные элементы участвуют в работе объекта наравне с основными. В случае отказа основного элемента не требуется специальных устройств, вводящих в действие резервный элемент, поскольку он включается в работу одновременно с основным.

Резервирование замещением – это такое резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного. При резервировании замещением необходимы контролирующие и переключающие устройства для обнаружения факта отказа основного элемента и переключения с основного на резервный.

Читайте также: B.6.4.1. Способы выделения текста. I. Способы представления переменного синусоидального тока и напряжения. V. Способы и методы обеззараживания и/или обезвреживания медицинских отходов классов Б и В VI. Способы пуска VII.2.2) Способы приобретения права собственности. XII. Способы оплаты труда Агроэкосистемы, их отличия от природных экосистем. Последствия деятельности человека в экосистемах. Сохранение экосистем. Алармы и события в SCADA-системах Алгоритм энергообмена в колебательных системах Алгоритм. Свойства алгоритма. Способы описания алгоритма. Примеры.

Рис. 2.6.

Скользящее резервирование – представляет собой разновидность резервирования замещением, при котором основные элементы объекта резервируются элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший элемент.

Оба вида резервирования (постоянное и замещением) имеют свои преимущества и недостатки.

Достоинством постоянного резервирования является простота, т.к. в этом случае не требуются контролирующие и переключающие устройства, понижающие надежность системы в целом, и, самое главное, отсутствует перерыв в работе. Недостатком постоянного резервирования является нарушение режима работы резервных элементов при отказе основных.

Включение резерва замещением обладает следующим преимуществом: не нарушает режима работы резервных элементов, сохраняет в большей степени надежность резервных элементов, позволяет использовать один резервный элемент на несколько рабочих (при скользящем резервировании).

В зависимости от режима работы резервных элементов различают нагруженный (горячий) и ненагруженный (холодный) резерв.

Нагруженный (горячий) резерв в энергетике называют также вращающимся или включенным. В данном режиме резервный элемент находится в том же режиме, что и основной. Ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения в работу всей системы и вероятность безотказной работы резервных элементов в этом случае не зависит от того, в какой момент времени они включаются в работу.

Облегченный (теплый) резерв характеризуется тем, что резервный элемент находится в менее нагруженном режиме, чем основной. Поэтому, хотя ресурс резервных элементов также начинает расходоваться с момента включения всей системы в целом, интенсивность расхода ресурса резервных элементов до момента их включения вместо отказавших значительно ниже, чем в рабочих условиях.

Этот вид резерва обычно размещается на агрегатах, работающих на холостом ходу, и, следовательно, в данном случае ресурс резервных элементов срабатывается меньше по сравнению с рабочими условиями, когда агрегаты несут нагрузку.

Вероятность безотказной работы резервных элементов в случае этого вида резерва будет зависеть как от момента их включения в работу, так и от того, насколько отличаются законы распределения вероятности безотказной работы их в рабочем и резервном условиях.

В случае ненагруженного (холодного) резерва резервные элементы начинают расходовать свой ресурс с момента их включения в работу вместо основных. В энергетике этим видом резерва служат обычно отключенные агрегаты.

Расчеты надежности систем с параллельно включенными элементами зависят от способа резервирования.

Источник

Резервированное электроснабжение частного дома

По своей работе инженером-электриком приходилось иметь дело с ответственными потребителями энергии. В своей первой статье я хочу поделиться своим опытом создания распределительного электрощита с двумя независимыми вводами в очень важном для нашей семьи объекте — сельском доме. В процессе публикации беглым поиском была найдена схожая концепция. Личные ощущения подсказывают, что такие идеи не потеряли актуальности.

Предпосылки

Идея превратить дом в селе в «загородную резиденцию» родилась весной прошлого года, когда мы с женой и детьми сидели на самоизоляции в квартире, а предприниматели выстраивались в длинные очереди за спецпропусками для себя и своих работников возле зданий администраций. Ходить по травке на свежем воздухе и не бояться получить за это штраф было заманчиво, но реализация идеи оказалась не самым простым занятием. Дело в том, что более 10 лет назад родители жены переехали в областной центр, и дом использовался для постоянного проживания пауков складирования не очень нужных вещей, коммуникации износились, блага цивилизации пришли в негодность. Сейчас многое для нашей комфортной жизни уже сделано: в утепленном сарайчике возникла насосная станция, на стене в кухне повис двухконтурный газовый котел, под мойкой спрятался фильтр питьевой воды с насосом повышения давления, в комнате мигает лампочками WiFi маршрутизатор с 4G модемом и многое другое. Никому не секрет, сколько пользы приносит это и другое электрооборудование при пропадании электропитания. Стоит заметить, что подобные случаи за последний год носили единичный характер, но подпортили не один ветреный и/или дождливый вечер. Поэтому вопрос надежного электроснабжения назрел весьма остро, особенно с учетом мониторинга микроклимата в доме при отъездах в город, но это другая история.

Реализация

При решения этого вопроса я полагался на следующие основные тезисы:

Решение должно быть доступным. Компоненты системы приобретались в магазине электротоваров в районном центре, на известном интернет магазине с доставкой из России за разумные деньги.

Простота и автономность. Система должна функционировать без нашего участия с ограниченным функционалом и с минимальным участием — при расширении функционала.

Компактность и безопасность. Пояснения считаю излишними.

В результате пары посиделок перед компьютером родилась следующая схема. Несомненно она не лишена недостатков, но это компромиссный вариант.

Работа схемы

4 амперные автоматы QF1 и QF2 защищают цепи управления, их наличие скорее способ заполнить ряд в щитке. Переключатель приоритета вводов SA1 устроен так, что может замыкать только один из своих контактов или не замыкать их вовсе. Для его размещения на DIN рейке использовал основание от реле с известной китайской торговой площадки, которое при тестах жутко нагревалось. Реле контроля KV1 при нормальном напряжения сети включает таймер, который с 5 минутной задержкой включает контактор KM1 всегда и КМ2, если отсутствует питание с резервного ввода или выбран приоритет сети. При отклонении напряжения выключение настроено на минимальную задержку. KM2 и KM3 имеют электрическую и механическую блокировки одновременного включения. Переключение на приоритетный источник обеспечивается промежуточными реле KL1 и KL2. Резервный ввод контролируется на выходе из источника. Автомат защиты ввода электросети установлен на фасаде в щите учета.

Первым делом бросается в глаза, что одна розеточная группа подключается только к щиту учета. Бесперебойная работа этих устройств для нас не критична, например кондиционер, стиральная машина. Однако их защита от ненормального напряжения все же выполнена. Для размещения трех контакторов с приставками пришлось доработать щиток, после монтажа скреплю жгуты нейлоновыми стяжками.

Щиток в процессе сборки.

Наиболее важным являются система отопления (она же нагрева горячей воды) и освещения, тем более что энергопотребление этих систем существенно ниже предыдущих. Ну и часть розеток будет всегда под напряжением, к ним подключится роутер и электроподжиг плиты (когда не работает электрочайник и СВЧ печь очень кстати). Судьба холодильника окончательно не предрешена, с одной стороны он может несколько часов существовать автономно, с другой — пропавшие продукты это не только неприятный запах, но и время и деньги на поездку в магазин за новыми, так что его работа скорее важна.

Внешний вид без крышек

В качестве резервного источника выбран и приобретен инверторный преобразователь с чистым синусом номинальной мощностью 1800Вт, более мощные устройства обойдутся существенно дороже. Он с аккумулятором и зарядным устройством разместится в утепленном помещении.

Насосная станция снабжена дополнительным гидроаккумулятором. Ее работа достаточно важна, но из-за достаточно большого потребления будет обеспечена бензогенератором, который дополнительно подзарядит аккумулятор.

Заключение

Данное решение считаю оптимальным для своих условий, однако приветствую конструктивную критику. Планирую к написанию статью про решение по управлению настенным газовым котлом через устройства умного дома от Xiaomi. Отопительный сезон подходит к концу, существенных недостатков не выявлено.

UPD. Данное решение реализовано для личных целей, автор осознает риски и оценивает свой ущерб. Если считаете свои риски высокими, то рекомендую использовать сертифицированное оборудование.

Источник