Надежность электроснабжения

НАДЕЖНОСТЬ 
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В.Я. Хорольский, М.А. Таранов
Допущено Министерством сельского хозяйства
Российской Федерации в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика»
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Москва                                        202
ИНФРА-М

УДК 621.311(075.8)
ББК 31.19я73
 
Х81
Хорольский В.Я.
Х81 
 
Надежность электроснабжения : учебное пособие / В.Я. Хорольский, М.А. Таранов. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2023. — 127 с. — 
(Высшее образование: Бакалавриат).
ISBN 978-5-00091-486-1 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013348-5 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-105101-6 (ИНФРА-М, online)
Изложены теоретические основы надежности систем электроснабжения. Приводятся показатели надежности, рассматриваются модели отказов, методы расчета надежности невосстанавливаемых и восстанавливаемых систем. Дается оценка влияния перерывов электроснабжения на 
ущерб, наносимый потребителям, рассмотрены рекомендации по обеспечению требуемого уровня надежности при проектировании и в процессе 
эксплуатации электроустановок.
Пособие рекомендовано студентам высших учебных заведений, учащимся колледжей, а также работникам электрохозяйств.
УДК 621.311(075.8) 
ББК 31.19я73
Р е ц е н з е н т ы:
С.В. Оськин — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электрических машин и электропривода Кубанского государственного аграрного университета;
Ю.Г. Кононов — доктор технических наук, заведующий кафедрой 
автоматизированных электроэнергетических систем и электроснабжения Северо-Кавказского государственного технического университета
ISBN 978-5-00091-486-1 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013348-5 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-105101-6 (ИНФРА-М, online)
© Хорольский В.Я., 
Таранов М.А., 2016
© ФОРУМ, 2016

Предисловие
Обоснование необходимого уровня надежности систем электро$
снабжения имеет большое народнохозяйственное значение, посколь$
ку перерывы в подаче электроэнергии могут привести к значительно$
му материальному ущербу потребителей и другим негативным явле$
ниям.
В настоящее время при проектировании и эксплуатации систем
электроснабжения промышленных и сельскохозяйственных потреби$
телей методы оценки показателей надежности не нашли должного
распространения, что приводит в ряде случаев к принятию неопти$
мальных решений.
Проблема надежности технических систем была сформулирована
в начале 1950$х годов применительно к радиоэлектронным устройст$
вам и системам автоматики. Однако системы электроснабжения име$
ют специфические особенности построения и функционирования.
Работу системы электроснабжения можно представить как непрерыв$
ный обмен энергией межу системой и потребителями при невозмож$
ности ее складирования и непреднамеренных мешающих воздействи$
ях на систему, приводящих к отказу элементов, а в некоторых случаях
и системы в целом.
Взаимодействия между системой электроснабжения и внешней
средой носят стохастический характер, и говорить о бесперебойной
подаче электроэнергии можно только с некоторой вероятностью дос$
тижения поставленной цели.
В данном учебном пособии с единых методических позиций из$
лагаются основы теории надежности применительно к системам
электроснабжения промышленных и сельскохозяйственных потреби$
телей, влияние внешних факторов на работу электроустановок, мето$

дические рекомендации по оценке ущерба от перерывов электро$
снабжения, а также возможные пути повышения надежности при
проектировании и эксплуатации.
Цель учебного пособия — помочь студентам в изучении накоп$
ленного опыта использования современных методов для оценки на$
дежности.
Предисловие

Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ
СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1. Терминология, применяемая в теории надежности
Для нормального функционирования систем электроснабжения
необходимо обеспечить надлежащее качество изготовления, монтажа
и эксплуатации установленных в них электротехнических устройств.
Качество электротехнических устройств — это совокупность
свойств, характеризующих их пригодность для эксплуатации. Для
оценки качества используются технико$экономические показатели.
Различают технико$экономические показатели назначения, техноло$
гичности, стандартизации и унификации, надежности и др.
Таким образом, надежность является составным свойством каче$
ства продукции. Однако она имеет ряд особенностей, что приводит к
необходимости введения понятий, которые применяются для данного
свойства. Термины и определения, используемые в теории надежно$
сти систем электроэнергетики, даны в ГОСТ 27.002—89 «Надежность
в технике. Основные понятия и определения» и в документе «Надеж$
ность систем энергетики. Терминология» (М.: Наука, 2002).
Все термины теории надежности рассматриваются применитель$
но к объекту, под которым понимается предмет определенного целе$
вого назначения. Под объектом можно понимать электротехническое
изделие, техническую систему, комплект оборудования. Во всех слу$
чаях, когда нет необходимости конкретизировать предмет исследова$
ния, говорят об объекте и надежности объекта. Если же рассматрива$
ется задача, специфичная только для определенного вида изделия, то

говорят о надежности трансформатора, изоляторов, линии электро$
передачи и др.
При построении теории надежности электроснабжения различа$
ют три уровня сложности изделия: элемент, устройство, система. Но
обычно используется двухпозиционная структура элемент — система.
Под системой в теории надежности понимается совокупность совме$
стно действующих объектов. Элементом называется часть системы.
Понятия элемента и системы в расчетах надежности относительны.
Объект, считающийся системой в одном исследовании, может рас$
сматриваться как элемент, если изучается элемент большего масшта$
ба. Например, если исследуется надежность работы электрической
станции, то станция представляется как система, а генераторы, вы$
ключатели, шины распределительного устройства, турбины и т. д. —
отдельными элементами. Если же исследуется надежность генерато$
ра, то отдельные его части: статор, возбудитель и другие, — представ$
ляются как элементы, а сам генератор — как система.
Как известно, основной функцией системы электроснабжения
является обеспечение всех потребителей электрической энергией в
необходимом количестве и надлежащего качества. Поэтому примени$
тельно к системе электроснабжения наиболее обоснованным являет$
ся такое определение понятия надежности электроснабжения: это
способность электрической системы снабжать присоединенных к ней
потребителей электрической энергией заданного качества в любой
интервал времени. При этом понятие надежности включает в себя как
бесперебойность снабжения потребителей электроэнергией, так и ка$
чество ее — стабильность частоты и напряжения.
Надежность является сложным свойством, которое в зависимости
от назначения объекта и условий его применения состоит из сочета$
ния свойств — безотказности, долговечности, ремонтопригодности и
сохраняемости.
Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работо$
способность в течение некоторого времени или некоторой наработки.
Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность
до наступления предельного состояния при установленной системе
технических обслуживаний и ремонтов.
Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в при$
способленности к предупреждению и обнаружению причин возник$
новения его отказов, повреждений и устранению их последствий пу$
тем проведения технических обслуживаний и ремонтов.
Глава 1. Общие сведения о теории надежности систем электроснабжения

Сохраняемость — свойство объекта сохранять в заданных преде$
лах значения параметров, характеризующих способность объекта вы$
полнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или)
транспортирования.
Для объектов, являющихся потенциальным источником опасно$
сти, к которым следует относить и электроэнергетические объекты,
важным понятием является также такое понятие, как «безопасность».
Кроме этого, для таких объектов вводятся понятия «устойчивость» и
«живучесть», которые, так же как и безопасность, хотя и не входят в
общее понятие надежности, но требуют их учета при проектировании
и эксплуатации.
С позиций теории надежности объект может находиться в ис$
правном состоянии, неисправном, работоспособном и неработоспо$
собном.
Исправное состояние — это состояние объекта, при котором он
соответствует всем требованиям нормативно$технической документа$
ции (НТД). Если же хотя бы по одному из требований изделие не со$
ответствует НТД, то считается, что оно находится в неисправном со$
стоянии.
Работоспособное состояние — состояние объекта, при котором он
способен выполнять (или выполняет) заданные функции, сохраняя
значения заданных параметров в пределах, установленных техниче$
ской документацией. Состояние объекта, при котором значение хотя
бы одного заданного параметра, характеризующего способность вы$
полнять заданные функции, не соответствует требованиям, установ$
ленным НТД, называется неработоспособным.
Понятие «исправное состояние» шире, чем понятие «работоспо$
собное состояние». Работоспособный объект в отличие от неисправ$
ного удовлетворяет лишь тем требованиям НТД, которые обеспечива$
ют его нормальное функционирование. При этом он может не удов$
летворять, например, требованиям, относящимся к внешнему виду
изделия. Работоспособный объект может быть неисправным, однако
его повреждения при этом не настолько существенны, чтобы могли
препятствовать функционированию объекта.
Объект переходит в неработоспособное состояние после события,
которое называется отказом. Понятие отказа занимает одно из цен$
тральных мест в теории надежности, поскольку теория надежности —
это наука, изучающая закономерности появления отказов техниче$
ских устройств.
1.1. Терминология, применяемая в теории надежности

Отказы относятся к мало изученным явлениям. Указанная ситуа$
ция объясняется прежде всего тем, что время возникновения отказа
зависит от большого числа случайных факторов, его трудно рассчи$
тать и еще труднее измерить. Наблюдая за внешними проявлениями
отказов в электроэнергетических системах, можно видеть, что они
приводят к различным последствиям — полному прекращению пода$
чи электроэнергии, ухудшению ее параметров, временному прекра$
щению работы системы электроснабжения с последующим ее восста$
новлением («сбои») и т. п.
Время восстановления отказов и время работы объекта между от$
казами представляют собой случайные явления, что объясняется из$
менением условий эксплуатации, режимами работы технологических
систем, принятой системой обслуживания и ремонта электроустано$
вок и другими факторами.
При изучении закономерностей отказов наибольший интерес
представляет изучение места и времени возникновения отказа и в
особенности промежутка времени восстановления работоспособного
состояния объекта.
Случайный характер процессов, характеризующих надежность,
позволяет заключить, что математическим аппаратом теории надеж$
ности могут быть теория вероятностей и математическая статисти$
ка. При этом следует иметь в виду, что теория надежности является
самостоятельной наукой, а не отдельным разделом теории вероят$
ностей. Она является технической, а не математической дисципли$
ной, и круг решаемых ею задач не ограничивается теорией вероят$
ностей.
Отказы можно разделить: по характеру процесса появления — на
внезапные и постепенные; по связи с другими отказами — на зависи$
мые и независимые; по физической картине процесса — на катастро$
фические и параметрические; по степени влияния на работоспособ$
ность — на полные и частичные.
Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением
параметров под воздействием многих случайных факторов, связан$
ных с дефектами элементов, с нарушениями режимов и условий рабо$
ты, с ошибками обслуживающего персонала и т. п. При постепенном
изменении параметров в результате старения узлов и материалов про$
исходит постепенный отказ.
Отказ какого$либо узла относится к независимым отказам, если
он не является следствием отказа других узлов.
Глава 1. Общие сведения о теории надежности систем электроснабжения

Отказы типа пробоя изоляции, короткого замыкания относятся к
катастрофическим отказам, которые приводят к полному нарушению
работоспособности. Параметрические отказы являются частичными
отказами и выражаются в ухудшении качества функционирования из$
делия.
Кроме того, отказы подразделяются на конструкционные, произ$
водственные и эксплуатационные отказы.
В зависимости от условий применения электротехнические изде$
лия могут быть восстанавливаемыми и невосстанавливаемыми.
Восстанавливаемый объект — это объект, для которого в рассмат$
риваемой ситуации проведение восстановления работоспособного
состояния предусмотрено в нормативно$технической и (или) конст$
рукторской документации. Невосстанавливаемый объект не подлежит
восстановлению в рассматриваемой ситуации. Следует отметить, что
в зависимости от условий рассмотрения один и тот же объект может
быть отнесен к тому или иному виду.
Большая часть элементов систем электроснабжения, в особенно$
сти элементов силового типа (генераторы, трансформаторы, линии
электропередачи, коммутационная аппаратура, компенсирующие
устройства и т. д.), относятся к восстанавливаемым после отказа эле$
ментам.
1.2. Задачи оценки надежности
электроснабжения потребителей
Расчет надежности систем электроснабжения сводится к опреде$
лению одного или нескольких количественных показателей на основе
исходных характеристик надежности оборудования. Однако, несмот$
ря на кажущуюся простоту такой постановки задачи, проблемы рас$
чета надежности систем электроснабжения связаны с решением дос$
таточно сложных теоретических и практических задач. Для расчета
надежности необходимо:
• составить математическое описание явлений, связанных с не$
надежной работой оборудования;
• принять некоторые характеристики в качестве меры надеж$
ности;
• составить математическую модель для расчета;
1.2. Задачи оценки надежности электроснабжения потребителей

• провести необходимые расчеты;
• показать адекватность этой модели рассматриваемым процес$
сам.
Известно, что системы электроснабжения относятся к челове$
ко$машинным системам, предназначенным для производства, пере$
дачи и распределения электроэнергии, и имеют специфические осо$
бенности:
• непрерывное и неразрывное единство производства, распреде$
ления и потребления электроэнергии;
• многоцелевое использование электроэнергии и невозможность
ее складирования;
• наличие большого количества источников и потребителей элек$
троэнергии;
• непрерывное развитие систем электроснабжения.
Эти особенности электроэнергетических систем делает невоз$
можным постановку в широком масштабе экспериментальных иссле$
дований и предопределяют использование теоретических методов с
применением исходной информации по материалам эксплуатации.
При проведении таких исследований необходимо учитывать спе$
цифику сельских электрических сетей — большую протяженность,
разветвленность и малую плотность нагрузок, что усложняет задачу
повышения надежности. Большое число глухих ответвлений несек$
ционированных сетей приводит к отключению всей линии при по$
вреждении в любой точке. Указанное обстоятельство диктует необхо$
димость рационального размещения средств секционирования с це$
лью локализации поврежденного участка сети.
Следует отметить также недостаточное использование в проект$
ных и эксплуатационных организациях расчетных данных о надежно$
сти и отсутствие полной и достоверной информации о повреждаемо$
сти элементов на местах. Данные о надежности сетей напряжением до
1000 В вообще практически отсутствуют.
В настоящее время имеются технические средства для обеспече$
ния необходимого уровня надежности электроснабжения сельскохо$
зяйственных потребителей. Однако широкое их использование сдер$
живается из$за больших затрат. Сетевое резервирование в условиях
сельских сетей чаще всего экономически нецелесообразно и не при$
меняется. Кольцевые перемычки между линиями соседних районных
подстанций лишь отчасти решают задачу сетевого резервирования, и
их строительство во многих случаях также не всегда оправдано.
Глава 1. Общие сведения о теории надежности систем электроснабжения