CC BY
512. IEC 60092-360:2014 Electrical installations in ships - Part 360: Insulating and sheathing materials for shipboard and offshore units, power, control, instrumentation and telecommunication cables. Edition 1.0, 2014. 54 p.
13. IEC 60754-1:2011 Test on gases evolved during combustion of materials from cables - Part 1: Determination of the halogen acid gas content. Edition 3.0, 2011. - 46 p.
14. IEC 60754-2:2011 Test on gases evolved during combustion of materials from cables - Part 2: Determination of acidity (by pH measurement) and conductivity. Edition 2.0, 2011. - 44 p.
15. IEC 60684-2:2011 Flexible insulating sleeving - Part 2: Methods of test. Edition 3.0, 2011. - 172 p.
16. Thermal characterization of alumina trihydrate (ATH) and flammability studies of ATH filled low density polyethylene. Journal of industrial technology. Vol. 18(1), 2009, p. 83-93 Mazyiar Sabet, Azman Hassan, Mat Uzir Wahit, Chantara Thevy Ratnam.
ПРИЧИНЫ И АНАЛИЗ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПРАВОБЕРЕЖНОГО ОКРУГА В Г.ИРКУТСК ЗА 2015 ГОД
Наумов И.В.
засл. работник ВО РФ, доктор технических наук, профессор. Иркутский национальный исследовательский технический университет, Амурский государственный университет
Парфирова А.А.
студент. Иркутский национальный исследовательский технический университет.
REASONS AND ANALYSIS OF THE DAMAGE TO THE DISTRIBUTION electrical NETWORKS OF THE RIGHT-BANK DISTRICT IN IRKUTSK CITY FOR 2015
Naumov I. V.
hon. worker of the Russian Federation, doctor of technical sciences, professor. Irkutsk National Research
Technical University, Amur state university.
Parfirova A.A.
a student. Irkutsk National Research Technical University.
Аннотация
Статья посвящена исследованию основных причин повреждаемости электрических распределительных сетей г. Иркутска. Проанализированы время перерывов в электроснабжении по различным причинам отказов, а также величина недоотпуска электрической энергии за эти промежутки времени. Вычислена доля рассматриваемых отказов за некоторый период из их общего числа. Сделан анализ результатов, получены выводы.
Abstract
The article is devoted to the study of the main causes of damage to electrical distribution networks of Irkutsk. The time of interruptions in power supply for various reasons of failures, as well as the magnitude of undersupply of electrical energy during these time intervals, are analyzed. The share of the considered failures for some period from their total number is calculated. An analysis of the results, the findings.
Ключевые слова: повреждаемость, надежность систем электроснабжение, время перерыва электроснабжения, недоотпуск электрической энергии.
Keywords: damageability, reliability of power supply systems, power supply interruption time, and undersupply of electrical energy.
Надежность электроснабжения потребителей является одной из характеристик эффективности электроэнергетической системы.
Надежность электрической сети является комплексным показателем, определяющим ее свойства длительно сохранять во времени и устойчиво воспроизводить в процессе эксплуатации свои рабочие характеристики и параметры. Надежность электрической сети обеспечивается такими свойствами, как [1]:
- безотказность - свойство непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного интервала времени;
- работоспособность - выполнение электрической сетью функций с заданными параметрами электрической энергии;
- долговечность - сохранение работоспособности до предельного состояния;
- управляемость - свойство сети позволяющее поддерживать в ней установившийся режим работы;
- ремонтопригодность - приспособленность к предупреждению и обнаружению причин отказа отдельных элементов и их устранения;
- безопасность - свойство, позволяющее не допускать в электрической сети ситуаций опасных для людей и окружающей среды;
- живучесть - свойство системы противостоять возмущениям, не допуская их каскадного развития, с массовым нарушением питания потребителей;
- качество электрической сети - совокупность свойств, определяющих степень пригодности системы по назначению.
Причинами отказов в электрической сети в большинстве случаев могут быть повреждения в оборудовании, аппаратуре и конструкциях электросетевых объектов или появление недопустимых режимных параметров в элементах сети, требующее принятия неотложных действий по их устранению [3]. И это свойственно электрическим сетям во всем мире. Так, например, по данным [4, 5, 6] основными причинами возникновения отказов в линиях электропередачи в Норвегии является повреждение их конструктивных составляющих, таких как высоковольтные изоляторы, разрядники, другого оборудования и возможное перекрытие изоляции. В странах ЕС, как отмечено в [7], наибольшее количество отключений происходит по причинам повреждения оборудования (26,5% от общего числа повреждений) и повреждения в сетях потребителей (16, 5%). Эти причины, в основном, связаны с износом оборудования и отдельных элементов сетей, а также с возникновением аварийных режимов.
Для оценки среднего числа перерывов в электроснабжении в мировой практике используется индекс системной надежности электроснабжения SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) отражающий среднее число перерывов в электроснабжении в год на одного потребителя. Для США его усредненное значение составляет 0,9 [8], для Великобритании - 0,77, для Франции - 1,26 [9]. По опубликованным данным [10] для Иркутской Области этот показатель в 2006 году составлял 2,3, а к концу 2012 года был улучшен до 0,27.
После отказа элементов системы электроснабжения могут потребоваться наладка, ремонт, осмотр, охлаждение до нормальной температуры, замена защитных устройств (например, плавких предохранителей) или другие меры восстановления работоспособного состояния. В качестве элемента системы рассматривается объект, представляющий собой простейшую часть системы, способную самостоятельно выполнять некоторые локальные функции. Элементом может быть, например, трансформатор, выключатель, линия электропередачи.
Целью данной работы является анализ уровня надежности электроснабжения (на примере данных диспетчерских журналов по Правобережному округу за 2015 год [2]). Для достижения поставленной цели, возникла необходимость в решении следующих задач:
- проанализировать отказы в системах электроснабжения за 2015 год Правобережного района в г. Иркутска;
- выявить основные причины возникновения отказов;
- произвести количественную оценку отказов по отдельным причинам к общему количеству отказов.
По результатам анализа нами рассматривались следующие причины:
I) повреждение в сетях потребителя Опотр., к которым могут относиться и повреждения в низковольтных ЛЭП, повреждения на вводах жилых домах, а также повреждения в ЛЭП 10 кВ, проходящих непосредственно по территориям отдельных предприятий;
2) отказы на подстанциях Октп (причем сюда могут быть включены как отказы на КТП 6-10/0,4кВ, так и на районных подстанциях 35-110/10 кВ. К таким отказам могут относиться повреждение бака трансформаторов с выбросом масла, пожары на КТП, отказ на этих подстанциях низковольтной коммутационной аппаратуры и пр.;
3) отказы, вызванные повреждением проводов линий электропередачи Ообр.пр., например, обрыв одного или нескольких проводов, причем обрыв может быть вызван, как износом самого провода, так и обрывом проводов, вызванном различными причинами, «свариванием» проводов в результате устойчивого перехлеста;
4) отказы, вызванные падением деревьев
Опад.дер.,
5) отказы, вызванные повреждением изоляторов Оповр.из., которые могут классифицироваться также различными причинами. Например, повреждением или даже разрушением одного или нескольких изоляторов на ЛЭП, на подстанциях, действия вандалов (расстрел гирлянд изоляторов) и прочее;
6) отказы, соответствующие повреждениям в коммутационных аппаратах, Оповр.комм.ап.. К ним можно отнести повреждения разъединителей, отделителей, короткозамыкателей, силовых выключателей, причем в большей степени это соответствует масляному коммутационному оборудованию;
7) повреждения в разрядниках, ОПНах Оразр.;
8) отказы, вызванные повреждениями в высоковольтных вставках силовых предохранителей, Овв (выгорание вставки, механическое разрушение, металлические набросы);
9) отказы, связанные с ветровой нагрузкой,
Оветр.;
10) отказы, связанные с повреждением опор, Оопор.. Это может быть частичное повреждение, полное разрушение (обрушение), выгорание деревянных конструкций опор, разрушение «пасынков» и прочее;
II) отказы, связанные с неустановленными
причинами, Онеуст.;
Следует отметить, что нами взяты наиболее характерные причины отказов для данного региона. Некоторые причины, например отказы, вызванные гололедно-изморозевыми отложениями и некоторые другие, нами не рассматривались.
Данные по отказам, на основании анализа диспетчерских журналов отключений за исследуемый период времени представлены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты оценки повреждений в ЛЭП 10 кВ по Южным электрическим сетям Правобе-
режного округа г.Иркутска за 2015 год.
У еп Нс- По- Нс- По- Обрыв Па- Повре- Повре- По- Повре- Вет- Го- По- Поврежде- По- Общее: кол-
Месяцы еш- успеш вре- уста вре прово- де- ждение ждение вре- ждение ровая ло- вре- ния, связан- жары во
ное ное жде- НОВ- жде да ние изолято- комму- ждение ВВ нагру лед жде- ные с гибе- отк.,вр.пере
АП АПВ ние в лен- ния дере- ров тацион- раз- предо- зка (сн ние лью живот- рыв.; вели-
В (РПВ с сетях ные на вьев ных рядни- храни- ег) опор ных; нскор- чина недо-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Январь 2 4 16 И 2 35
Время пере- 1,58 2,65 44,83 17,05 1,47 67,58
Недоотп. 1923 4045 35276 2419 69 43732
Февраль 1 3 1 3 12 3 1 24
Время пере- 0,75 6,77 0,42 6,83 30,03 3,5 4,17 52,47
Недоотп. 614 5254 1228 631 27506 4459 247 45623
Март 6 2 1 2 24 1 1 37
Время псрс- 4,37 2 1 3,98 77,5 1,92 2,42 93,19
Недоотп. 6091 672 164 124 41016 4078 5933 59203
Апрель 9 10 3 1 25 6 1 3 2 2 2 64
Время пере- 6,33 21,65 3,05 6 98,55 35,4 2,75 4,83 2,63 0,42 11,92 193,53
рыв., ч
Недоотп. 14660 2525 8481 157 42112 9605 10128 149 3785 170 1437 131499
Май 5 4 3 6 37 2 1 2 1 1 2 64
Время пере- 6,03 30,25 2,77 28,4 81,63 5,92 7,47 1,83 0,53 2,27 3,07 170,19
Недоотп. 7439 1065 5017 157 49291 286 14666 2111 576 2041 5287 113152
Июнь 11 10 9 7 27 1 5 1 3 1 2 77
Время пере- 9,18 21,52 8,83 19,0 52,03 0,82 13,42 2,33 6,3 7 1,97 142,43
Недоотп. 7333 1334 5881 244 30422 869 3154 50 4359 207 1841 69902
Июль 16 11 6 10 34 2 3 3 3 4 92
Время пере- 15,05 59,75 -1 65,1 88,15 7,83 8,25 3 14,98 21,88 283,06
Недоотп. 14682 7260 - 107 39288 1664 5232 985 1708 9838 103455
Август 7 10 3 6 41 3 4 1 1 3 79
Время пере- 8,15 34,83 6,23 23,9 136 18,83 2,72 1 5,95 6,95 244,56
Недоотп. 6273 1190 2987 866 43538 3158 722 36 4869 855 83009
Сентябрь 9 13 7 8 21 1 3 1 63
Время пере- 8,22 60,72 7,3 38,2 52,73 2 4,38 1,58 175,13
Недоотп. 6846 2447 5721 185 32494 1309 3415 2073 94927
Октябрь 2 3 1 1 22 3 2 34
Время пере- 7,15 17,55 6,67 4,5 191,82 3,43 11,5 242,62
Нсдоотп. 10414 5374 9821 154 61535 4948 732 94371
Ноябрь 3 4 1 6 27 2 7 1 2 53
Время пере- 2,25 19,88 0,83 9,88 81,62 1,33 14,33 0,5 13,33 143,95
Недоотп. 6738 2474 409 816 31989 134 3666 164 3306 79317
Декабрь 3 6 6 29 6 50
Время пере- 0,98 26,43 13,5 76,55 7,83 125,31
Недоотп. 3915 9301 986 52066 18037 93185
Итого: кол-во 74 80 35 56 315 5 8 48 3 14 3 0 10 11 10 672
время.,ч 70,04 304 36,1 219, 1011,4 15,75 35,37 93,89 5,2 23,96 6,3 0 44,33 14,49 53,72 1934
Недоотпуск. кВт.ч 86928 1422 90 3636 2 991 09 486533 3259 23925 49989 14782 3970 4359 0 2871 8 10390 2076 1 1011375
Перейдем непосредственно к анализу повреждаемости электрических сетей.
За рассматриваемый период (1 год) количество неуспешных АПВ, связанных с выездом на подстанцию ОВБ и осуществляющих ручное ПВ, составило 74. В процентном соотношении по месяцам
25,00 -
20,00 15,00 10,00 5,00 0,00
распределилось следующим образом: январь -2,7%; февраль-1,4%; март- 8,1%; апрель-12,2%; май-6,7%; июнь-14,9%; июль-21,6%; август-9,5%; сентябрь-12,2%; октябрь-2,7%; ноябрь-4,1%; де-кабрь-4,1% (рис.1).
5Г
.4*
* ^
J* ^ Л? # * / ^ /
Рисунок 1- Диаграмма изменения неуспешного АПВ
На долю отказов в сетях потребителя (рис.2,а) из общего количества отказов приходилось в январе - 5%, в феврале - 3,75%, в марте - 2,5%, апреле
- 12,5%, мае - 5%, июне- 26%, июле- 13,75%, августе- 12,5%, сентябре- 16,25%, октябре-3,75%, но-ябре-5%, декабре-7,5%. При этом, время перерыва (рис. 2,б) (среднее время восстановления) и соответствующая величина недоотпуска электрической энергии (рис.2,в) (кВт.ч) составили, соответственно: январь - 2,65 - 4045 кВт.ч., февраль - 6,67
- 5254 кВт.ч, март - 2- 672 кВт.ч, апрель - 21,65 -
25259 кВт.ч, май - 30.25 - 10655 кВт.ч, июнь - 21,52 - 13342 кВт.ч, июль-15,05-14682 кВт.ч, август-34,83-11904 кВт.ч, сентябрь-60,72-24475 кВт.ч, октябрь-17,55-5374 кВт.ч, ноябрь-19.88-24749 кВт.ч, декабрь-26,43-9301 кВт.ч. Суммарное время перерыва по этой причине за исследуемый период составило 304 часа., а общий недоотпуск электрической энергии составил 142290 кВт.ч.
Как можно заметить, наибольшее время простоя и величина недоотпуска наблюдается в апреле, сентябре и ноябре.
70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00
л?
<pv
JP
Ж
Рисунок 2, б - Время перерыва
30000 25000 20000 15000 10000 5000 0
/ s
/
^ / & & ^ & * * r / f ^ /
Рисунок 2, в - Величина недоотпуска электроэнергии
Следующая причина связана с повреждениями на КТП. На долю отказов по этой причине в январе пришлось - 0, в феврале - 5,4%, в марте - 3,6%, апреле - 1,8%, мае - 10,7%, июне - 12,5%, июле -17,8%, августе - 10,7%, сентябре -14,3%, октябре -1,8%, ноябре -10,7%, декабре - 10,7%.(рис.3,а) При этом, время перерыва (рис. 3,б), в связи с этими отказами и соответствующая величина недоотпуска электрической энергии (рис.3,в) (кВт.ч.) распределились, соответственно: январь - 0 кВт.ч., февраль
- 6,83 - 6315 кВт.ч, март - 3,98- 1249 кВт.ч, апрель
- 6 - 15713 кВт.ч, мая - 28,42 - 15783 кВт.ч, июнь
- 19,03 -2444 кВт.ч, июль-65,17-10769 кВт.ч, ав-густ-23,9-8667 кВт.ч, сентябрь-38,2- 18594 кВт.ч, октябрь-4,5-1547 кВт.ч, ноябрь- 9.88-8162 кВт.ч, декабрь-13,52- 9866 кВт.ч. Общее время перерыва по этой причине за 1 год составило 219 часов., а общий недоотпуск электрической энергии 99109 кВт.ч.
20,00 15,00 10,00 5,00 0,00
«Г
V
/ f / <f о
F /
Рисунок 3, а - Доля отказов
80,00 60,00 40,00 20,00 0,00
/ X
/ f /
<р<? Ь<? * ^ ^ f
Рисунок 3, б - Время перерывов
20000,00 15000,00 10000,00 5000,00 0,00
ö® ^ / /
/ /
* / / ^ ^
f f f <f S? ^ .vO*
Рисунок 3, в - Величина недоотпуска
Пиковая величина недоотпуска отслеживается в сентябре, а наибольшее время перерывов и доля отказов приходятся на июль.
Третья причина это обрыв провода. В январе наблюдалось 5,1%, в феврале - 3.8%, в марте -7,6%, апреле - 7,9%, мае - 11,7%, июне - 8,6%,
июле -10,8%, августе-13%, сентябре-6.7%, ок-тябре-7%, ноябре- 8,6%, декабре - 9,2% от общего количества отказов (рис.4,а). Время перерыва в связи с этими отказами (рис. 4,б) и соответствующая величина недоотпуска электрической энергии (рис.4,в) (кВт.ч.) распределились, соответственно: январь - 44,83 (35276 кВт.ч.), февраль - 30.03 (27506 кВт.ч.), март - 77,5 (41016 кВт.ч.), апрель -98.55 (42112 кВт.ч.), май - 81,63 (49291 кВт.ч.),
июнь - 52,03 (30422 кВт.ч.), июль - 88,15 (39288 кВт.ч.), август - 136 (43538 кВт.ч.), сентябрь -52,73 (32494 кВт.ч.), октябрь -191,82 (61535 кВт.ч.), ноябрь - 81,62 (31989 кВт.ч.), декабрь-76,55 (52066 кВт.ч.). Таким образом, общее время перерыва по причине обрыва провода за 1 год составило 1011 часов, а общий недоотпуск электрической энергии равен 486533 кВт.ч.
15,00
0,00
Рисунок 4, а- Количество отказов
250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00
' /
* ^
* f ¿Г
f * f f ¿Г dT /
Рисунок 4, б- Время перерыва
70000,00 60000,00 50000,00 40000,00 30000,00 20000,00 10000,00 0,00
«Г
/
if
f /
Рисунок 4, в- Величина недоотпуска электрической энергии
Анализ отказов по остальным причинам показал следующее. Количество отказов, вызванных причинами 4-11 в процентах к общему числу отказов составило, соответственно:0,74%; 1,2%; 7,14%; 0,45%; 2,1%; 0,45%; 1,5%; 1,64%; 1,5; 5,4%. Соответственно, время перерыва по этим же причинам в процентах к общему времени: 0,81%; 1,83%; 4,86%; 0,27%; 1,24%; 0,33%; 2,3%; 0,75%; 2,78%; 1,87%. Наконец, величина недоотпуска электрической энергии по указанным причинам в % к общему недоотпуску составила, соответственно: 0,32%; 2,37%; 4,96%; 1,46%; 0,4%; 0,43%; 2,84%; 1,03%; 2,1% и 3,6%.
Таким образом, наиболее часто встречающимися причинами перерывов электроснабжения яв-
ляются: повреждения, вызванные обрывом проводов ЛЭП (46,9%); повреждения в электрических сетях потребителей (11,9%), повреждения на КТП (8,33%), повреждения коммутационной аппаратуры (7,14%). Эти данные коррелируют с данными по отключениям в электрических сетях в странах ЕС, приведёнными выше.
В результате проведенного анализа было определено, что общее число отказов потребителей в электрических сетях Правобережного округа Иркутска за 2015 год составило 642, общая продолжительность времени отключения составила 1934 часа, а недоотпуск энергии составил 1011375 кВт.час. При стоимости электроэнергии, составив-
шей в 2015 году 0,658 руб/кВт*ч для оптовых потребителей [11], ущерб от произведенных отключений составил 665485 рублей.
Выводы
Проведенный анализ отказов по Правобереж-нему округу Южных электрических сетей г. Иркутска показал следующее.
1. Наиболее характерными причинами отказов в электрических сетях являются: отказы, вызванные обрывами проводов линий электропередачи; отказы в электрических сетях потребителей, отказы оборудования на КТП и отказы, вызванные повреждениями коммутационного оборудования.
2. Общее время перерывов электроснабжения по этим причинам равно 1582,4 часа, что составило 81,8% от времени перерывов, обусловленными всеми причинами за исследуемый интервал времени.
3. Ущерб от перерывов электроснабжения, вызванных четырьмя основными причинами равняется 511872 рубля, что составляет 76,9 % ущерба от недоотпуска электрической энергии по всем причинам за этот период.
Список литературы
1. Жежеленко, И. В. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях [Текст]: Монография / И. В. Жежеленко, Ю. Л. Саенко. - М. : Энергоатомиздат, 2007. - 261 с.
2. Журнал отключений Южных электрических сетей Правобережного округа г. Иркутска за 2015 год. (ИЭС: ТП-952, РП-21, яч. 11,15).
3. Хорольский, В. Я. Надежность электроснабжения [Текст] : учебное пособие / В. Я. Хорольский, М. А. Таранов. - М. : ИНФРА-М, 2013. -128 с.
4. Dugoua E., Liu R., Urpelainen J. Geographic and socio-economic barriers to rural electrification: New evidence from Indian villages // Energy Policy. -2017. - V. 106. - P. 278-287.
5. Adil A.M., Ko Y. Socio-technical evolution of Decentralized Energy Systems: A critical review and implications for urban planning and policy // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2016. - V. 57.
- P. 1025-1037.
6. Govinda R.T., Kalim U.S. Filling the gaps: Policy supports and interventions for scaling up renewable energy development in Small Island Developing States // Energy Policy. - 2016. - V. 98. - P. 653-662.
7. Akpan U., Essien M., Isihak S. The impact of rural electrification on rural micro-enterprises in Niger Delta, Nigeria // Energy for Sustainable Development.
- 2013. - V. 17. - P. 504-509.
8. Gevelt T.V. Rural electrification and development in South Korea // Energy for Sustainable Development. - 2014. - V. 23. - P. 179-187.
9. Enabling private sector investment in mi-crogrid-based rural elec- trification in developing countries: a review / N.J. Williams, P. Jaramillo, J. Taneja, T.S. Ustun // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2015. - V. 52. - P. 1268-1281.
10. Карамов Д.Н., Наумов И.В., Пержабинский С.М. Математическое моделирование отказов элементов электрической сети (10кВ) автономных энергетических систем с возобнавляемой распределенной генерацией // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов.
- 2018. Т. 329. № 7. - С. 116-130.
11. Средневзвешенные нерегулируемые цены на электрическую энергию и мощность на оптовом рынке за 2015 год. [https://sbyt.irkutsken-ergo.ru/qa/5899.html]
ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ВНУТРИ
ИКРИНКИ
Титова Н.В.
Национальный транспортный университет, г. Киев, доцент кафедры информационных систем и технологий, кандидат технических наук, доцент
Пиротти Е.Л.
Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», г. Харьков, кафедра компьютерной математики и анализа данных, д.т.н., профессор
NUMERICAL ANALYSIS OF THE DISTRIBUTION OF ELECTROMAGNETIC FIELDS INSIDE
FISH EGGS
Titova N.
National Transport University, Kyiv, Department of Information systems and technologies, Cand.Sc. (Eng.), Assist.Prof.P
Pirotti E.
National Technical University «Kharkiv Politechnic Institute», Department of Computer mathematics and data analisis, Dr.Sc. (Eng.), Prof.
Аннотация
В статье анализируются распределения электромагнитных полей внутри икринки с помощью численного анализа. Особое внимание уделяется зависимости электрического и магнитного полей от радиуса икринки. Произведены графические расчеты с учетом сечения сферы. Целью авторов является решение научной проблемы усовершенствования инкубационного процесса за счет влияния электромагнитных полей на икру рыб.
