Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«Утверждаю»

Проректор по УМР ОмГТУ

_ Л.О.Штриплинг

«»_ 201 год

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

«НАДЁЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ»

( П. С.3.02.05.05) для направления подготовки специалистов 140107.65 «Тепло- и электрообеспечение специальных технических систем и объектов»

Омск, 2013 г.

Разработана в соответствии с ООП по направлению подготовки специалитета 140107. «Тепло- и электрообеспечение специальных технических систем и объектов».

Программу составил: к.т.н., доцент _/П.В. Рысев/ Обсуждена на заседании кафедры от «»201 г. № Зав. кафедрой _/В.Н. Горюнов/ «_»201г.

Согласовано:

Руководитель ООП _/В.Н. Горюнов/ «_»201г.

Ответственный за методическое обеспечение ООП _/Д.Г. Сафонов/ «_»201г.

1. Цели и задачи дисциплины Целью изучения дисциплины «Надёжность электроснабжения» является формирование у студентов знаний по специальным разделам высшей математики в приложении к специфическим энергетическим задачам, вопросы математической теории надёжности, прикладной теории надёжности применительно к техническим системам и теории надёжности систем электроснабжения, терминологии надёжности, практическим расчётам надёжности систем электроснабжения.

В результате освоения дисциплины «Надёжность электроснабжения» должны быть сформированы следующие компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины, в соответствии с ООП:

- способностью применять математический аппарат, в том числе с использованием вычислительной техники, для решения профессиональных задач (ПК-2);

- способностью владеть методами оценки технического состояния, остаточного ресурса и повышения ресурса энергетического оборудования (ПК-32);

- способностью выполнить расчеты систем электроснабжения специальных объектов (ПСКОсновные задачи дисциплины:

1) изучение специальных разделов высшей математики в приложении к специфическим энергетическим задачам;

2) применение теории надёжности к задачам электроснабжения;

3) повышения надёжности электроснабжения.

Место дисциплины 2.

Дисциплина «Надёжность электроснабжения» входит в вариативную часть «Профессионального цикла» подготовки специалистов.

Студент, начинающий изучение дисциплины «Надёжность электроснабжения», должен знать основные положения теории вероятностей, законы электротехники, конструктивное исполнение электрических сетей, подстанций, режимы работы электроприемников, расчетные электрические нагрузки.

Дисциплины, изучаемые одновременно: «Электротехнологические установки», «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Электрические станции и подстанции».

Последующие дисциплины: «Системы электроснабжения», «Электроснабжение специальных объектов», «Энергосбережение».

3. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение данной дисциплины 3.1. В результате освоения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанными компетенциями по дискрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

- Знать:

З.1. Основные вопросы теории вероятностей, математической статистики, теории случайных функций и теории массового обслуживания при практическом их применении в энергетических расчётах;

З.2. Показатели надежности, методы их расчета, пути и средства повышения надежности элементов СЭС;

З.3. Основные направления повышения уровня надежности схемы электроснабжения;

З.4. Основные математические модели элементов систем электроснабжения в отношении надежности;

З.5. Методы оценки ущерба от внезапных перерывов электроснабжения.

- Уметь:

У1. Решать практические задачи по определению характеристик систем электроснабжения с учётом случайного характера рассматриваемых величин;

У.2. Анализировать виды отказов;

У.3. Выполнять количественную характеристику свойств, определяющих надежность систем электроснабжения;

У.4. Выполнять расчет показателей надежности;

У.5. Составлять схему замещения по надежности и определять ее параметры;

У.6. Определять ущербы от недостаточного уровня надежности схемы электроснабжения;

У.7. Принимать рациональные решения для повышения надежности систем электроснабжения - Владеть:

В.1. Практическими навыками обработки и анализа статистической информации;

В.2. Навыками составления схемы замещения по надежности;

В.3. Навыками расчета основных показателей надежности.

3.2. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.

Проектируемые результаты освоения Индекс компетенции Технологии формирования компетенции:

1. Информационно-развивающие технологии.

2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

3. Личностно ориентированные технологии обучения.

4. Метод проектов.

';

4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах Очная форма обучения Лабораторные работы Курсовой проект (работа) Перевод теста / Рефераты лекциям экзамен, дифференцированный зачет) 5. Содержание разделов данной дисциплины по модулям и видам учебных занятий:

5.1. Содержание дисциплины по модулям.

Случайные события и величины, законы распределения.

Анализ статистических данных на инженерном уровне.

Математические методы расчёта надёжности.

Прикладная теория надёжности технических систем.

Расчёт надёжности систем электроснабжения промышленных предприятий.

Модуль 1. (6 семестр) Случайные события и величины, законы Задачи курса и обзор его программы. Связь со специальными дисциплинами.

Краткий обзор развития математических методов решения задач электроснабжения. Задачи, возникающие при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения. Система электроснабжения как объект математического исследования. Применение методов теории вероятностей для решения задач электроснабжения. Основные понятия теории вероятностей.

Предмет теории вероятностей. Значение и особенности вероятностных расчётов в электроэнергетике.

Вероятность события. Классическое определение вероятностей для схемы случаев. Ошибка д'Аламбера. Статистическая вероятность (относительная частота) события. Геометрическая вероятность. Примеры применения при оценке надёжности электроснабжения. Основные теоремы теории вероятностей. Теорема умножения вероятностей для независимых и зависимых событий. Следствия. Примеры применения для расчёта нагрузки цеховой сети.

Теорема сложения вероятностей для несовместных и совместных событий.

Следствия. Примеры применения для расчёта надёжности последовательно и параллельно соединённых элементов.

Определение вероятности появления хотя бы одного из группы событий.

Пример использования при расчёте надёжности электроснабжения. Формула полной вероятности. Примеры применения при расчёте повреждаемости электрооборудования. Теорема разложения. Применение формул полной вероятности и теоремы разложения для расчёта надежности сложных схем электрических соединений. Формула Бейеса. Частная теорема о повторении опытов (формула Бернулли). Пример использования при оценке надёжности электростанции.

Случайные величины и их законы распределения. Дискретные и непрерывные случайные величины в энергетике. Понятие о законе распределения. Ряд распределения и многоугольник распределения. Статистические способы задания закона распределения. Простой и группированный статистический ряд. Л, С Гистограмма. Функция распределения для непрерывных и дискретных случайных величин. Свойства. Статистическая функция распределения.

Плотность распределения. Свойства.

Числовые характеристики законов распределения случайных величин, их роль и назначение. Математическое ожидание (МО), как характеристика положения случайных величин. Свойства: МО неслучайной величины, вынесение неслучайных величин за знак МО, МО функции случайной величины, МО Л, С суммы случайных величин, МО произведения независимых случайных величин. Мода и медиана как характеристики положения случайной величины.

Начальные и центральные моменты случайных величин.

Дисперсия и среднее квадратическое отклонение - характеристики рассеяния.

Свойства дисперсии: дисперсия неслучайной величины, вынесение неслучайной величины за знак дисперсии, дисперсия суммы и произведения независимых случайных величин. Моменты высших порядков характеристики асимметрии и "крутости" распределения. Биномиальный закон распределения. Параметры. Условия возникновения.

Закон Пуассона. Параметры. Условия возникновения. Закон Пуассона в энергетике. Закон равномерной плотности. Его параметры.

Нормальный закон распределения. Параметры. Условия возникновения.

Вероятность попадания случайной величины, распределённой по закону Гаусса, на заданный участок. Нормальная функция распределения. Правило Л, С "три сигма". Применение правила "три сигма" при оценке качества. Законы распределения случайных величин в электроэнергетике.

Системы случайных величин. Понятие о системе случайных величин в электроэнергетике, геометрическая интерпретация. Функция распределения системы двух случайных величин. Свойства..Плотность распределения системы двух случайных величин. Свойства. Законы распределения отдельных величин, входящих в систему. Условные законы распределения. Теорема умножения законов распределения. Зависимые и независимые случайные величины. Числовые характеристики системы двух случайных величин.

Корреляционный момент.

Модуль 2. (7 семестр) Анализ статистических данных на инженерном Применение методов математической статистики для решения задач электроснабжения. Предмет математической статистики. Основные задачи.

Обработка опытов. Особенности обработки ограниченного количества опытов.

Оценки неизвестных параметров законов распределения. Требования к Л, С оценкам. Оценки МО и дисперсии. Интервальные оценки параметров.

Доверительный интервал и доверительная вероятность. Нахождение доверительных границ.

Выравнивание статистических рядов. Метод моментов. Проверка правдоподобия гипотез. Критерии согласия Пирсона и Колмогорова.

Применение методов математической статистики для решения практических задач электроснабжения.

Термины и понятия надежности. Основные части науки о надежности.

Основные состояния объектов. Отказы объектов и их классификация. Л, С Восстановление объектов.

Основные показатели надежности объектов. Показатели надежности неремонтируемых объектов.

Модуль 3. (7 семестр) Математические методы расчёта надёжности.

Основные показатели надежности объектов. Потоки событий. Классификация.

Свойства. Простейший поток и его свойства Показатели надежности Л, С восстанавливаемых объектов.

Время обслуживания заявок. Показательный закон распределения и его свойства. Основные характеристики потоков событий - мгновенный параметр и мгновенная плотность потока событий. Потоки с ограниченным последействием (потоки Пальма).

Основные показатели надежности объектов. Показатели надежности элементов систем электроснабжения.

4 Модуль 4. (7 семестр) Прикладная теория надёжности технических систем.

Анализ надежности простейших логических схем. Расчет надежности при последовательном соединении невосстанавливаемых элементов. Расчет Л, С надежности при последовательном соединении восстанавливаемых элементов Резервирование. Типы резервирования. Классификация резервированных устройств.

Расчет надежности сложных систем. Резервированная невосстанавливаемая система. Резервированная восстанавливаемая система.

Модуль 5. (7 семестр) Расчёт надёжности систем электроснабжения Расчет надежности сложных систем. Инженерный метод расчета надёжности систем электроснабжения. Уравнения Эрланга и их получение Расчет надежности сложных систем. Случайный процесс со счётным множеством состояний. Графы состояний, их разновидности. Расчёт Л, С надёжности с использованием теории марковских случайных процессов Категории электроприёмников по степени надёжности электроснабжения.

Влияние внезапных перерывов электроснабжения на технологический процесс. Л, С Время простоя и его составляющие.

Функционирование систем с различными уровнями эффективности.

Экономическая оценка Оценка ущерба от внезапных перерывов электроснабжения предприятий с непрерывным технологическим процессом 5.2. Содержание практических и лабораторных занятий 5.2.1. Содержание практических занятий Цель практических занятий - привитие студентам навыков в решении задач, в пользовании справочной литературой, а также подготовке их к самостоятельной работе над домашними заданиями.

Модуль 1. (6 семестр) Случайные события и величины, законы Практическое занятие 1. Классификация событий. Диаграммы Вена. Логические + схемы анализа надёжности. Определение вероятности событий Практическое занятие 2. Применение формул сложения и умножения + вероятностей для расчёта надёжности схем электроснабжения Практическое занятие 3. Применение формул полной вероятности и теоремы + разложения для анализа надёжности систем электроснабжения Практическое занятие 4. Использование формул Бейеса и Бернулли для анализа + надёжности систем электроснабжения Практическое занятие 5. Ряд, многоугольник, интегральная функция + распределения Практическое занятие 7. Законы распределения случайных величин + Практическое занятие 8. Нормальный закон распределения. Функция Лапласа. + Модуль 2. (7 семестр) Анализ статистических данных на инженерном уровне.

Практическое занятие 1. Точечные и интервальные оценки параметров. + Практическое занятие 2. Сглаживание статистических рядов и проверка + правдоподобия гипотез по критерию согласия Пирсона Практическое занятие 3. Показатели надёжности невосстанавливаемых объектов + Модуль 3. (7 семестр) Математические методы расчёта надёжности.

Практическое занятие 1. Показатели надёжности восстанавливаемых объектов + Практическое занятие 2. Расчёт надёжности простейших логических схем + надёжности Практическое занятие 3. Определение надежности при последовательном + соединении элементов Практическое занятие 4. Определение надежности при параллельном соединении + элементов Практическое занятие 5. Определение надежности при соединении элементов по + схемам «звезда» и «треугольник»

Практическое занятие 6. Надежность систем при постоянном общем + резервировании Практическое занятие 7. Надежность систем при постоянном раздельном + резервировании Модуль 4. (7 семестр) Прикладная теория надёжности технических систем.

Практическое занятие 1. Инженерный метод расчёта надёжности СЭС + Практическое занятие 2. Расчёт надёжности при помощи теории марковских + случайных процессов Практическое занятие 4. Элементы алгебры логики. Логические функции + работоспособности и неработоспособности.

Модуль 5. (7 семестр) Расчёт надёжности систем электроснабжения Практическое занятие 2. Влияние организации обслуживания на надежность схем + Практическое занятие 3. Оценка ущерба от внезапных перерывов + электроснабжения 5.2.2. Содержание лабораторных работ Лабораторный практикум по дисциплине не предусмотрен 6. Образовательные технологии.

6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Надёжность электроснабжения» используются следующие образовательные технологии:

- информационно-развивающие технологии.

- развивающие проблемно-ориентированные технологии.

- личностно ориентированные технологии обучения.

- метод проектов Методы активизации учебного процесса 6.2.

Междисциплинарное самостоятельная работа 6.3. Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03-2012. «Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий») Модуль 1 СРС. Опережающая самостоятельная работа Модуль 2. СРС. Выполнение РГР. Метод проектов. Работа в Модуль 3 СРС. Опережающая самостоятельная работа Модуль 4 СРС. Опережающая самостоятельная работа Модуль 5 СРС. Опережающая самостоятельная работа Объем часов, запланированный на проведение занятий в интерактивной форме, согласуется с руководителем ООП.

Самостоятельная работа студентов (указываются все виды работ в соответствии с учебным планом) Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.

Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах 7.1.

Работа с лекционным материалом, самостоятельное изучение отдельных тем электронных источников; чтение и изучение учебника и учебных пособий.

Объем и распределение часов на выполнение СРС произведено на основании опроса студентов.

7.2. Темы расчетно-графических работ Определение показателей надежности системы электроснабжения (по вариантам) 7.2. Домашнее задание по теме Расчет вероятности появления событий (по вариантам) 8. Оценка качества освоения программы дисциплины 8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине») Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Надёжность электроснабжения» включает:

- экзаменационные билеты;

- экзаменационные вопросы;

- набор вариантов РГР;

- варианты домашнего задания;

- тестовый комплекс;

- задания для проведения занятий в интерактивной форме.

Оценка качества освоения программы дисциплины «Надёжность электроснабжения»

включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую аттестацию.

Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества учебного процесса.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине Модуль 1.

1. События, их классификация. Основные понятия алгебры событий.

1..Логические схемы анализа надёжности. Их составление. Понятие о резервировании.

2. Определение вероятности событий (классическая, геометрическая, статистическая 3. Теорема сложения вероятностей для несовместных и совместных событий, её следствия 4..Теорема умножения вероятностей для зависимых и независимых событий, её следствия 5. Расчёт надежности последовательно-параллельных логических схем.

6..Формула полной вероятности и формула Бейеса 7..Случайные величины. Их классификация. Способы задания их законов распределения 8. Ряд распределения. Гистограмма 9. Интегральная функция распределения случайных величин. Её свойства 10. Плотность распределения случайных величин. Её свойства 11. Математическое ожидание. Его свойства 12..Дисперсия и среднее квадратическое отклонения. Их свойства 13..Моменты случайных величин как характеристики законов распределения.

14. Биномиальный закон распределения, его параметры, условия возникновения 15. Закон распределения Пуассона, его параметры, характерные случаи возникновения.

16..Закон равномерной плотности, его параметры 17. Нормальный закон распределения, условия его возникновения, параметры.

18. Нормальная функция распределения (функция Лапласа), правило «3 сигма»

19..Системы случайных величин. Понятие об их законах разделения.

20. Условные законы распределения. Теорема умножения законов распределения 21. Числовые характеристики законов распределения систем случайных величин.

22. Корреляционный момент, коэффициент корреляции и пределы его изменения.

Коррелированность и зависимость 23. Математическая статистика. Основные задачи. Сглаживание статистических рядов по методу моментов 24..Оценки неизвестных параметров законов распределения, их характеристики, требования к оценкам. Оценка математического ожидания 25..Оценки неизвестных параметров законов распределения, их характеристики, требования к оценкам. Оценка дисперсии 26. Доверительный интервал и доверительная вероятность. Нахождение доверительных 27. Проверка правдоподобия гипотез о характере законов распределения по критериям согласия. Критерий согласия Пирсона 28. Проверка правдоподобия гипотез о характере законов распределения по критериям согласия. Критерий согласия Колмогорова 29. Показательный закон распределения. Его роль в теории надежности Модуль 2.

1. Термины и понятия надёжности: качество, надёжность, объект, система, элемент, работоспособность, исправность.

2. Термины и понятия надёжности: безотказность, долговечность, предельное состояние, срок службы, ресурс, наработка.

3. Термины и понятия надёжности: ремонтопригодность, сохраняемость, устойчивоспособность, режимная управляемость, живучесть, безопасность.

4. Отказы объектов и их классификация.

Модуль 3.

1. Восстановление объектов.

2. Показатели надёжности неремонтируемых объектов: Функции надёжности и ненадёжности, вероятность безотказной работы.

3. Показатели надёжности неремонтируемых объектов: плотность распределения наработки до отказа, интенсивность отказов, средняя наработка до отказа.

4. Поток отказов и его характеристики: интенсивность и параметр потока отказов.

Свойства потока: ординарность, последействие, стационарность.

5. Показатели надёжности ремонтируемых объектов: средняя наработка на отказ, среднее время безотказной работы, коэффициенты готовности и простоя.

6. Показатели надёжности ремонтируемых объектов: функция и плотность распределения времени восстановления, интенсивность восстановления, среднее время восстановления.

7. Показатели надёжности элементов систем электроснабжения.

8. Показатели плановых ремонтов электрооборудования. Методы назначения профилактического обслуживания.

9. Расчёт надёжности при последовательном соединении невосстанавливаемых элементов.

10. Расчёт надёжности при последовательном соединении восстанавливаемых элементов.

11. Резервирование. Классификация резервированных устройств.

12. Расчёт надёжности резервированной системы из невосстанавливаемых элементов.

13. Расчёт надёжности резервированной системы из восстанавливаемых элементов.

Модуль 4.

1. Инженерный метод расчёта надёжности СЭС. Односекционная подстанция.

2. Инженерный метод расчёта надёжности СЭС. Двухсекционная подстанция без АВР – показатели полных отключений.

3. Инженерный метод расчёта надёжности СЭС. Двухсекционная подстанция без АВР– показатели частичных отключений.

4. Инженерный метод расчёта надёжности СЭС. Двухсекционная подстанция с АВР – показатели полных отключений.

5. Инженерный метод расчёта надёжности СЭС. Двухсекционная подстанция с АВР– показатели частичных отключений.

6. Инженерный метод расчёта надёжности многоступенчатых систем электроснабжения.

7. Метод Монте-Карло.

8. Расчёт надёжности при помощи теории марковских случайных процессов Модуль 5.

1. Учет преднамеренных отключений 2. Преднамеренные отключения при последовательном соединении элементов 3. Преднамеренные отключения при параллельном соединении элементов.

4. Влияние организации обслуживания на надежность схем 5. Влияние надежности коммутационной аппаратуры и устройств релейной защиты и автоматики на надежность схем 6. Расчет показателей надежности схем электроснабжения 7. Расчет показателей надежности электроустановок 9. Ресурсное обеспечение дисциплины.

9.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины Лаборатория станций, электрических сетей и систем электроснабжения промышленных предприятий (проектор, экран, ресивер, акустическая система,разъединитель РЛВ 35/60, выключатель МП-10, стенд «Исследование переходных процессов», стенд «Влияние качества эл. энергии на работу АД», высоковольтная ячейка КРУ – 3 шт., ячейка камера КСО – 3 шт., генератор П42).

9.1.2.Технические средства обучения и контроля. Могут применяться в следующих формах:

- Мультимедийные лекционные аудитории.

- Использование тестовых заданий для текущего контроля знаний студентов, полученных при самостоятельном изучении лекционного курса и в период промежуточных аттестаций.

- Использование учебных плакатов.

9.1.3 Вычислительная техника.

Степень ее применения регламентируется материальной базой кафедры и подготовленностью персонала. Рекомендуются следующие формы использования ЭВМ.

При изучении теоретического курса - работа студентов с обучающее-контролирующими программами, содержащими учебный материал по отдельным вопросам курса. Наиболее рационально здесь использование ПЭВМ.

9.2.2. При проведении практических занятий - работа с типовыми программами по решению тех или иных задач. Такая работа имеет смысл, если программа обеспечивает многовариантность решения с последующим выбором учащимися оптимального варианта.

Программы, выдающие один вариант решения, рациональны лишь в том случае, если они являются обучающее - контролирующими, т.е. заставляющими студента активно участвовать в процессе решения.

Выполнение расчетов. При этом необходимо наличие двух условий. Во-первых, перед применением машинного расчета студент должен основательно освоить данный расчет «вручную». Во-вторых, расчет должен быть многовариантным, т.е. ЭВМ должна представлять гамму решений при переменных исходных данных. Несоблюдение этих условий может привести к тому, что ЭВМ принесет не пользу, а скорее вред, поскольку студент не будет понимать физического смысла расчета, ограничиваясь механическим нажатием клавиш устройства ввода, и бездумно переписывая результат.

Следует также остерегаться полного выполнения всех расчетов в курсовом проекте на ЭВМ; это приводит к аналогичным отрицательным результатам.

9.2. Учебно-методическое и информационное обеспечение 9.2.1. Основная литература 1. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика [Электронный ресурс]: учеб.

Пособие для ВУЗов / В.Е. Гмурман. – 12 изд. перераб. – М.: Юрайт, 2010 – 1 электр. оптич. диск – 479 с.

2. Вязигин, В.Л. Вероятностно-статистические методы в энергетике. Конспект лекций. Омск: ОмГТУ, 2007. - 63 с.

9.2.2. Дополнительная литература 1. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике.

М.: Высш. шк., 2006. - 400 с.

2. Вязигин В.Л. Вероятностно-статистические методы в энергетике. Методические указания к проведению практических заданий. Омск, Изд-во ОмГТУ, 2007. - 32 с.

3. Вязигин В.Л. Вероятностно-статистические методы в энергетике. Методические указания к выполнению индивидуальных заданий. Омск, Изд-во ОмГТУ, 2007, - 40 с.

9.2.3. Периодическая литература 1. Электричество: 1989 – 2013.

2. Промышленная энергетика: 2001 – 2013.

3. Энергетические системы и их автоматизация: ЭРЖ, 2007-2013.

9.2.4. Интернет-ресурсы 1. ЭБС «АРБУЗ»

2. Научная электронная библиотека elibrary.ru.

3. Elsevier Engineering.