Podręcznik

W rozdziale tym omawia się tylko wybrane zagadnienia dotyczące problematyki niezawodności zasilania odbiorców. Dokładnie omówiono problematykę obliczania wskaźników nieciągłości zasilania układów sieci dystrybucyjnych.

Elektroenergetyczna sieć dystrybucyjna składa się z dużej liczby współpracujących ze sobą elementów.

Elementami podstawowymi tej sieci są: linie elektroenergetyczne, transformatory, szyny zbiorcze, łączniki, przekładniki prądowe i napięciowe, itd. Ciągłość zasilania odbiorców zależy zarówno od zawodności poszczególnych elementów sieci, jak i od jej układu.

Wskaźnikami zawodności urządzeń i elementów sieciowych są:

1. częstość uszkodzeń urządzeń – $d$,
2. średni czas trwania przerwy w zasilaniu na skutek uszkodzenia urządzeń – $t_a$,
3. średni czas trwania konserwacji urządzenia w roku – $T_k$.

Dla poszczególnych urządzeń sieciowych wskaźniki zawodności są szacowane na podstawie statystyk awaryjności. Częstość uszkodzeń urządzeń jest określana jako wartość oczekiwana liczby uszkodzeń na 100 jednostek (sztuk lub kilometrów) w ciągu roku. W praktyce przyjmuje się, że wartość oczekiwana liczby uszkodzeń w przypadku linii jest proporcjonalna do długości linii, a w przypadku układów szyn – do liczby pól w rozdzielnicy. W tabeli 6.1 podaje się przykładowe wartości wskaźników zawodności podstawowych urządzeń sieciowych eksploatowanych w kraju.

Układy zasilania sieci dystrybucyjnych są dosyć skomplikowane, dlatego obliczanie wskaźników nieciągłości zasilania na podstawie parametrów poszczególnych urządzeń prowadzi do wielu trudnych i skomplikowanych zależności.

W praktyce obliczeniowej trudność tą pokonuje się przez wprowadzenie pewnych elementów zastępczych zwanych często elementami scalonymi. Na ogół przyjmuje się, że elementem zastępczym jest urządzenie lub zestaw urządzeń, dla których w przypadku wystąpienia uszkodzenia dowolnego z elementów składowych nastąpi wyłączenie całego zestawu. Wynika stąd, że wszystkie urządzenia składowe elementu zastępczego tworzą szeregową strukturę niezawodnościową.

Tabela 6.1. Wskaźniki zawodności urządzeń elektroenergetycznych

Spotyka się trzy typy zastępczych elementów sieciowych [11]:

1. układ wyłączający – jest to zastępczy element obejmujący urządzenie samoczynnie wyłączające oraz związane z nim zabezpieczenia i automatykę łączeniową (urządzeniem wyłączającym jest wyłącznik lub bezpiecznik);
2. węzeł sieci – jest to zastępczy element obejmujący fragment układu szyn zbiorczych oddzielnie pracujących wraz z aparaturą szynową taką jak odłączniki, przekładniki;
3. bok sieci – jest to zastępczy element obejmujący urządzenie lub zestaw urządzeń ograniczony urządzeniami wyłączającymi (bokiem może być: linia, transformator, blok linia – transformator itp.).

Na podstawie danych statystycznych wyznacza się wskaźniki zawodności zastępczych elementów sieciowych pod warunkiem, że jest prowadzona statystyka awaryjności i są dostępne dane. Jeżeli brakuje odpowiednich danych statystycznych to można oszacować na podstawie wskaźników zawodności urządzeń składowych zastępczego elementu sieciowego. Wtedy korzysta się z następujących wzorów:

gdzie: $d_i$ – częstość uszkodzeń $i$–tego urządzenia składowego w zastępczym elemencie sieciowym, $t_i$ – średni czas trwania przerwy spowodowanej uszkodzeniem $i$–tego urządzenia, $q_i$ – wskaźnik niezdatności $i$–tego urządzenia.

Wskaźniki zawodności zastępczych elementów sieciowych wynikające z uszkodzeń własnych urządzeń składowych oblicza się na podstawie wzorów (6.1÷6.3), przy założeniu, że we wskaźnikach zawodności zastępczego bloku uwzględnia się również zawodność układów wyłączających (które z danym bokiem tworzą szeregową strukturę zawodnościową). Przy takim podejściu otrzymuje się układy sieci składające się tylko z zastępczych boków i zastępczych węzłów. Układy wyłączające charakteryzuje się tylko współczynnikiem nieskutecznego działania. Współczynnik ten ($k_{uw}$) definiuje się jako stosunek liczby nieskutecznych działań zabezpieczeń ($N_b$) dla układu SZR (samoczynne załączenie rezerwy) do liczby wszystkich działań potrzebnych ($N_d$) w ciągu roku.

W kraju wartości współczynników nieskutecznego działania (wyznacza się je statystycznie) przyjmuje się:

• dla zabezpieczeń $k_{uw}=0,03$;
• dla automatyki SZR $k_{uw}=0,07$.

Oprócz uszkodzeń własnych na wartości wskaźników zawodności zastępczych elementów sieciowych, mają w praktyce również wpływ zakłócenia przeniesione z innych elementów. Wynikają one na ogół z braku działań układów wyłączających innych elementów oraz z konstrukcyjnej współzależności uszkodzeń. W literaturze współzależność uszkodzeń charakteryzuje się za pomocą współczynnika współzależności. Określa on, jaka część uszkodzeń innego elementu powoduje zakłócenia w pracy danego elementu z powodu ich konstrukcyjnej współzależności.

Z przyczyn konstrukcyjnych współzależność uszkodzeń występuje w takich urządzeniach jak: dwa tory linii dwutorowej, dwa systemy szyn zbiorczych w rozdzielnicy, ustawione obok siebie dwa transformatory pracujące na wspólne szyny zbiorcze. Spotykane w krajowej literaturze wartości współczynników współzależności wynoszą:

• dla dwóch torów linii napowietrznej $k_i=0,15$,
• dla dwóch kabli SN ułożonych obok siebie $k_i=0,02-0,10$,
• dla dwóch systemów szyn w rozdzielnicy o podwójnym systemie szyn zbiorczych $k_i=0,1$.