Что такое резервирование устройств

МУЛЬТИСЕРВИС

Ремонтная
мастерская

8(985) 331-52-36

Багетная мастерская

8(495) 960-55-59

Резервирование

Резервирование является универсальным принципом обеспечения надёжности, широко применяемым в природе, технике и технологии, впоследствии распространившимся и на другие стороны человеческой жизни.

Применяются четыре основных вида резервирования:

Резервирование в технических системах

Резервирование — метод повышения характеристик надёжности технических устройств или поддержания их на требуемом уровне посредством введения аппаратной избыточности за счет включения запасных (резервных) элементов и связей, дополнительных по сравнению с минимально необходимым для выполнения заданных функций в данных условиях работы.

Резервирование широко применяется на опасных производственных объектах, во многих случаях его необходимость диктуется требованиями промышленной безопасности или государственных правил и стандартов. Некоторые технические устройства изначально в своей конструкции предусматривают резервирование, например предохранительные клапаны непрямого действия — импульсные предохранительные устройства.

Элементы минимизированной структуры устройства, обеспечивающей его работоспособность, называются основными элементами; резервными элементами называются элементы, предназначенные для обеспечения работоспособности устройства в случае отказа основных элементов. Резервирование в технологических системах классифицируют по ряду признаков, основные из которых — уровень резервирования, кратность резервирования, состояние резервных элементов до момента включения их в работу, возможность совместной работы основных и резервных элементов с общей нагрузкой, способ соединения основных и резервных элементов. В резервированном изделии отказ наступает тогда, когда выйдут из строя основное устройство (элемент) и все резервные устройства (элементы). Группа элементов считается резервированной, если отказ одного или нескольких её элементов не нарушает нормальной работы схемы (системы), а оставшиеся исправные элементы выполняют ту же заданную функцию. Такое резервирование называется функциональным резервированием.

Использование облегчённого или ненагруженного резерва даёт возможность снизить расход энергии, потребляемой резервируемой системой и увеличить надежность аппаратуры (T_{ср р ненагр} > T_{ср р обл} > T_{ср р нагр}), так как надёжность резервных устройств выше, чем основных. Однако следует учитывать, что перерыв на переключение с основного устройства на резервное допустим не во всех схемах.

Целесообразность применения резервирования определяется следующими факторами:

Анализ резервированных систем показывает, что интенсивность отказов резервированной системы быстро возрастает с течением времени, хотя интенсивность отказов нерезервированной системы от времени не зависит, из чего следует что наступает такой момент времени, после которого использование резервированной системы себя не оправдывает. Поэтому, если не учитывать особенности профилактики систем, то резервирование выгодно применять для систем кратковременного использования, а для критически важных систем и систем длительного использования использовать другие методы повышения надёжности. Методы резервирования, эффективные для цифровых систем непрерывного типа, могут оказаться малопригодными для систем с устройствами аналогового типа, для которых вследствие отсутствия взаимного влияния основного и резервного канала предпочтительна схема резервирования замещением. Таким образом, существующее разнообразие систем обуславливает затруднения построения общих конструктивных подходов и единых требований по надёжности.

Эффективность резервирования принято оценивать при помощи коэффициента повышения надёжности, который определяют по показателям безотказности.

Общее резервирование системы

При общем резервировании резервируется вся система в целом. Общее резервирование, в зависимости от способа включения резервных устройств можно разделить на постоянное резервирование и резервирование замещением, при котором резервные изделия замещают основные только после отказа. При общем постоянном резервировании резервные устройства подключены к основному в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ним режиме работы.

Постоянное резервирование

К преимуществам постоянного общего резервирования относятся:

Очевидные недостатки нагруженного резерва, кроме увеличения габаритов и массы системы, — повышенный расход энергии, а также то, что резервные элементы «стареют» одновременно с основными элементами системы. В случае общего резервирования системы, требуется полный состав записанных элементов. При общем постоянном резервировании может использоваться только нагруженный резерв.

Резервирование замещением

При резервировании замещением резервное устройство включается в работу системы при помощи автоматических устройств либо человеком-оператором вручную. При автоматическом включении требуется чрезвычайно высокая надёжность переключающих элементов. При большом количестве и невысокой надёжности этих дополнительных элементов, входящих в резервированную систему, её надёжность может понизиться по сравнению с надёжностью нерезервируемой системы. Кроме того, существует кратковременный перерыв, на время переключения на резервные устройства. При ручной замене отказавших элементов возрастает время переключения, но надежность человека-оператора, производящего переключение, может быть принята в расчётах за единицу.

При использовании нагруженного резерва запасные резервные элементы находятся в том же режиме работы, что и основные элементы (независимо от того, участвуют они в работе схемы или нет) и если при этом основной и резервный элемент идентичны, то интенсивности их отказов совпадают и надёжность основного и резервного устройств одинакова, и поэтому, если не учитывать надёжность автоматических переключающих устройств, характеристики надёжности рассчитываются по тем же формулам, что и для общего постоянного резервирования.

При использовании ненагруженного резерва, запасные резервные элементы до момента их включения в работу системы полностью отключены. В этом случае резервные устройства имеют самую высокую надёжность по сравнению с основными элементами, поэтому общее резервирование замещением с использованием ненагруженного резерва обеспечивают наилучшие показатели надёжности для случая общего резервирования.

Раздельное резервирование

При раздельном способе резервирования вводится индивидуальный резерв для каждой части неизбыточной системы. Раздельное резервирование бывает общим и замещающим. При раздельном замещении отказ системы может произойти только тогда, когда отказ дважды подряд произойдёт в одном и том же устройстве, что маловероятно.

Источник

Резервирование

Резервирование является универсальным принципом обеспечения надёжности, широко применяемым в природе, технике и технологии, впоследствии распространившимся и на другие стороны человеческой жизни.

Содержание

Виды резервирования

Применяются четыре основных вида резервирования:

Резервирование в технических системах

Резервирование — метод повышения характеристик надёжности технических устройств или поддержания их на требуемом уровне посредством введения аппаратной избыточности за счет включения запасных (резервных) элементов и связей, дополнительных по сравнению с минимально необходимым для выполнения заданных функций в данных условиях работы.

Резервирование широко применяется на опасных производственных объектах, во многих случаях его необходимость диктуется требованиями промышленной безопасности или государственных правил и стандартов. Некоторые технические устройства изначально в своей конструкции предусматривают резервирование, например предохранительные клапаны непрямого действия — импульсные предохранительные устройства. Также резервирование широко используется в военной технике.

Элементы минимизированной структуры устройства, обеспечивающей его работоспособность, называются основными элементами; резервными элементами называются элементы, предназначенные для обеспечения работоспособности устройства в случае отказа основных элементов. Резервирование в технологических системах классифицируют по ряду признаков, основные из которых — уровень резервирования, кратность резервирования, состояние резервных элементов до момента включения их в работу, возможность совместной работы основных и резервных элементов с общей нагрузкой, способ соединения основных и резервных элементов. В резервированом изделии отказ наступает тогда, когда выйдут из строя основное устройство (элемент) и все резервные устройства (элементы). Группа элементов считается резервированной, если отказ одного или нескольких её элементов не нарушает нормальной работы схемы (системы), а оставшиеся исправные элементы выполняют ту же заданную функцию. Такое резервирование называется функциональным резервированием.

Использование облегчённого или ненагруженного резерва даёт возможность снизить расход энергии, потребляемой резервируемой системой и увеличить надежность аппаратуры (T_{ср р ненагр} > T_{ср р обл} > T_{ср р нагр}), так как надёжность резервных устройств выше, чем основных. Однако следует учитывать, что перерыв на переключение с основного устройства на резервное допустим не во всех схемах.

Целесообразность применения резервирования определяется следующими факторами:

Анализ резервированных систем показывает, что интенсивность отказов резервированной системы быстро возрастает с течением времени, хотя интенсивность отказов нерезервированной системы от времени не зависит, из чего следует что наступает такой момент времени, после которого использование резервированной системы себя не оправдывает. Поэтому, если не учитывать особенности профилактики систем, то резервирование выгодно применять для систем кратковременого использования, а для критически важных систем и систем длительного использования использовать другие методы повышения надёжности. Методы резервирования, эффективные для цифровых систем непрерывного типа, могут оказаться малопригодными для систем с устройствами аналогового типа, для которых вследствие отсутствия взаимного влияния основного и резервного канала предпочтительна схема резервирования замещением. Таким образом, существующее разнообразие систем обуславливает затруднения построения общих конструктивных подходов и единых требованй по надёжности.

Эффективность резервирования принято оценивать при помощи коэффициента повышения надёжности γ, который определяют по показателям безотказности из соотношений:

где P(t)_р, Q(t)_р, — вероятность безотказной работы и вероятность отказа для резервируемой системы,

P(t) и Q(t) — вероятность безотказной работы и вероятность отказа для нерезервируемой системы.

Общее резервирование системы

При общем резервировании резервируется вся система в целом. Общее резервирование, в зависимости от способа включения резервных устройств можно разделить на постоянное резервирование и резервирование замещением, при котором резервные изделия замещают основные только после отказа. При общем постоянном резервировании резервные устройства подключены к основному в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ним режиме работы.

Постоянное резервирование

К преимуществам постоянного общего резервирования относятся:

Очевидные недостатки нагруженного резерва, кроме увеличения габаритов и массы системы, — повышенный расход энергии, а также то, что резервные элементы «стареют» одновременно с основными элементами системы. В случае общего резервирования системы, требуется полный состав записанных элементов. При общем постоянном резервировании может использоваться только нагруженный резерв.

Характеристики для случая резервированной системы при общем постоянном резервировании

Вероятность безотказной работы резервированной системы при общем постоянном резервировании с целой кратностью рассчитывается по формуле:

,

где P(t)_р — вероятность безотказной работы резервированной системы

нерезервированной системы при экспоненциальном законе распределения надёжности,

m — кратность резервирования.

где T_{ср р} — средняя наработка на отказ резервированной системы,

T_ср — средняя наработка на отказ нерезервированной системы.

Для наиболее простого случая, когда m = 1, получаем:

, .

Таким образом, при дублировании (одно основное устройство резервируется одним резервным устройством), средняя наработка на отказ увеличивается в 1,5 раза.

Резервирование замещением

При резервировании замещением резервное устройство включается в работу системы при помощи автоматических устройств либо человеком-оператором вручную. При автоматическом включении требуется чрезвычайно высокая надёжность переключающих элементов. При большом количестве и невысокой надёжности этих дополнительных элементов, входящих в резервированную систему, её надёжность может понизиться по сравнению с надёжностью нерезервируемой системы. Кроме того, существует кратковременный перерыв, на время переключения на резервные устройства. При ручной замене отказавших элементов возрастает время переключения, но надежность человека-оператора, производящего переключение, может быть принята в расчётах за единицу.

При использовании нагруженного резерва запасные резервные элементы находятся в том же режиме работы, что и основные элементы (независимо от того, участвуют они в работе схемы или нет) и если при этом основной и резервный элемент идентичны, то интенсивности их отказов совпадают и надёжность основного и резервного устройств одинакова, и поэтому, если не учитывать надёжность автоматических переключающих устройств, характеристики надёжности рассчитываются по тем же формулам, что и для общего постоянного резервирования.

При использовании ненагруженного резерва, запасные резервные элементы до момента их включения в работу системы полностью отключены. В этом случае резервные устройства имеют самую высокую надёжность по сравнению с основными элементами, поэтому общее резервирование замещением с использованием ненагруженного резерва обеспечивают наилучшие показатели надёжности для случая общего резервирования.

Характеристики для случая общего резервирования замещением с использованием ненагруженного резерва. ,

где P(t)_р — вероятность безотказной работы резервированной системы

P(t) — вероятность безотказной работы нерезервированной системы,
m — кратность резервирования.

где P(t)_р и P(t)_р — средняя наработка на отказ резервированной и нерезервированной систем,

T_{ср р} и T_ср — средняя наработка на отказ резервированной и нерезервированной систем, m — кратность резервирования.

Для наиболее простого случая, когда m = 1, получаем:

, .

Таким образом, при использовании ненагруженного резерва средняя наработка на отказ увеличивается минимум в два раза.

Раздельное резервирование

При раздельном способе резервирования, вводится индивидуальный резерв для каждой части неизбыточной системы. Раздельное резервирование бывает общим и замещением. При раздельном замещении отказ системы может произойти только тогда, когда отказ дважды подряд произойдёт в одном и том же устройстве (m=1), что маловероятно. Для оценки надёжности при раздельном резервировании используется сложный, специфический математический аппарат. В целом, математический анализ показывает, что наиболее высокие показатели надёжности можно получить в случае построения систем с использованием раздельного резервирования замещением ненагруженным резервом.

Резервирование в биологических системах

Изучением резервирования в биологических системах занимается прикладная наука бионика. [4]

Резервирование в организационных системах

Расчет вероятности отказа системы

Каждый элемент резервирования уменьшает вероятность отказа узла в соответствии с формулой:

Формула предполагает независимый отказ элементов. Это значит, что вероятность отказа элемента i одинаковая как при отказавшем элементе j, так и при исправном для всех ≠ . Эта формула не всегда применима, например, в случае параллельного подключения двух источников питания вероятности отличаются.

Также предполагается, что для работы узла достаточно одного (любого) элемента. В случае, если для работоспособности узла необходимо элементов из имеющихся , вероятность отказа равна:

, при условии, что все элементы имеют одинаковую вероятность отказа .

Число сочетаний из по равно биномиальному коэффициенту

Модель подразумевает, что отказавшие элементы не заменяются, а устройство обеспечения резервирования имеет нулевую вероятность отказа.

Источник

резервирование

Полезное

Смотреть что такое «резервирование» в других словарях:

резервирование — Применение дополнительных устройств и систем или элементов устройств и систем оборудования для того, чтобы в случае отказа одного из них выполнять требуемую функцию в распоряжении имелось другое устройство (или элемент устройства), готовое… … Справочник технического переводчика

резервирование — я, ср. reserver. Действие по знач. гл. резервировать. Резервирование в ситцепечатании. ТЭ 1933 21 16. Лекс. Толль Прил. 1866: резервирование … Исторический словарь галлицизмов русского языка

РЕЗЕРВИРОВАНИЕ — в технике метод повышения надежности технического объекта посредством введения в его состав дополнительных устройств, узлов и связей, предназначенных для быстрой замены (автоматически или вручную) вышедших из строя аналогичных им элементов… … Большой Энциклопедический словарь

резервирование — сохранение; фиксированное распределение, бронирование; резервация, оставление, зарезервирование, прибережение Словарь русских синонимов. резервирование сущ., кол во синонимов: 6 • бронирование (4) … Словарь синонимов

Резервирование — Redundancy использование большего, чем минимально необходимо, количества элементов или систем таким образом, что выход из строя любого из них не приводит к утрате требуемой функции всего целого. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом,… … Термины атомной энергетики

РЕЗЕРВИРОВАНИЕ — (от лат. reservare сохранять) 1) сохранение ресурсов про запас, в резерве; 2) оставление за собой права вернуться к какому либо вопросу. Райзберг Б.А., Лозовский Л.Ш., Стародубцева Е.Б.. Современный экономический словарь. 2 е изд., испр. М.:… … Экономический словарь

резервирование 1+1 — Механизм резервирования, в котором трафик дублируется в резервном канале (постоянно подключенном). Канал, соединяющий платформы, выполняет переключение трафика между рабочим и резервным каналами (МСЭ Т Y.1720). [http://www.iks… … Справочник технического переводчика

резервирование 1:1 — Механизм резервирования, в котором трафик передается только по рабочему каналу или резервному каналу. Коммутатор канала выполняет переключение трафика между рабочим и резервным каналами (МСЭ Т Y.1720). [http://www.iks… … Справочник технического переводчика

резервирование Р — резервирование Р: Использование более чем одного устройства или системы, или одной части (узла) устройства или системы для того, чтобы в случае возможного отказа одного из них в ходе выполнения своей функции в распоряжении находился другой, для… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

РЕЗЕРВИРОВАНИЕ — метод повышения надёжности (см.) путём использования дополнительных средств или возможностей с целью сохранения работоспособного состояния устройства или системы при отказе одного или нескольких их элементов … Большая политехническая энциклопедия

резервирование — 3.36 резервирование (дублирование): Применение более одного устройства или системы (части устройства или системы) с целью обеспечения в случае одиночного отказа при исполнении функции первым устройством выполнения этой функции другим устройством… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

УРОВ – устройство резервирования отказа выключателя, принцип действия, реализация

Одно из обязательных требований к релейной защите – возможность резервирования отдельных защит в случае их отказа. Для этого, в случае невыполнения отключения аварийного режима собственной защитой присоединения должна сработать другая. Эта другая защита обычно отключает участок шин подстанции, к которому подключен неисправный фидер.

Но для обеспечения селективности отключение произойдет за более длительное время, необходимое для того, чтобы дать возможность фидеру отключиться от собственных устройств. За это время короткое замыкание принесет большие разрушения, может увеличиться в масштабах.

Чтобы ускорить этот процесс, применяют один из видов противоаварийной автоматики – УРОВ. Расшифровывается это сокращение как «устройство резервирования отказа выключателя».

Даже новый и надежный выключатель, управляемый микропроцессорным устройством РЗА, не застрахован от неисправностей.

Причины сбоев могут быть не только в его механике или в приваривании контактов. В цепях отключения тоже могут возникнуть неполадки, создающие препятствия на пути команды от выходного реле до катушки отключения. Но и на этом перечень возможных неполадок не исчерпывается. Порой в отказах виновен человеческий фактор: выбор неправильного режима работы защиты, вывод ее из действия.

Интересное видео о работе УРОВ смотрите ниже:

Принцип работы УРОВ

Устройство входит в состав всех современных микропроцессорных терминалов, или выполняется отдельным для электромеханических защит. Его задача: выдать сигнал в случае отказа, который направляется в схему РЗА вышестоящего фидера.

Например, при сбое в работе защиты отходящего от шин подстанции фидера сигнал УРОВ выдает команду отключения на выключатель линии, питающей секцию шин, а также секционного выключателя (при его наличии).

Следует учесть, что в цепях отключения вводных и секционных выключателей при этом собираются воедино сигналы отключения от УРОВ от всех присоединений питаемой ими секции.

Для того, чтобы сформировался сигнал УРОВ, необходимо совпадение следующих событий:

Логика действий УРОВ предельно проста: произошло короткое замыкание, вызвавшее запуск защиты, пошла команда отключения, а сигнал от трансформаторов тока о наличии КЗ не прекращается. Значит – выключатель не отключается, или его перекрыла электрическая дуга.

Непременный атрибут УРОВ – своя собственная выдержка по времени.

Отсчитывается она между моментом подачи команды на отключение от основной защиты и командой на вышестоящий выключатель. Выдержка небольшая, но необходима для того, чтобы дать возможность сработать механике, ведь любой выключатель имеет собственное время отключения.

Схемы УРОВ на электромеханической базе

Для реализации алгоритма УРОВ на базе электромеханических реле используется несколько методов.

Самый простой: от выходного реле защит запускается реле, отсчитывающее выдержку УРОВ.

В этой цепи устанавливается накладка для вывода автоматики из действия. Замкнувшиеся контакты реле времени формируют команду на отключение.

Такая схема не получила широкого распространения из-за недостаточной надежности. Слишком много факторов могут приводить к ее ложному срабатыванию.

Разумный выход из создавшегося положения – добавить в схему узел, контролирующий наличие короткого замыкания в сети. Простейший вариант – установка реле напряжения. Оно замыкает свои контакты в цепи при снижении линейного напряжения или реагирует на его прямую или обратную последовательность. Но иногда не чувствует существенных изменений при КЗ за трансформаторами.

Эффективнее работает автоматика с контролем тока присоединения.

Формирование сигнала происходит при совпадении двух факторов: срабатывании у защиты выходного реле и наличии тока через выключатель, контролируемого дополнительным токовым реле.

Для еще большего повышения надежности в цепи УРОВ включаются контакты, выводящие его из действия при оперировании ключом управления. А также вводится дополнительная цепь отключения собственного выключателя командой УРОВ, не зависимая от цепей отключения от защит.

В случае неправильных действий УРОВ это иногда позволяет избежать масштабных отключений, ограничившись ложным отключением выключателя своего присоединения.

Но влияние человеческого фактора на ложные действия УРОВ исключить трудно. Если не будет выведена накладка (разомкнута цепь отключения), то при проверке или опробовании РЗА может возникнуть ситуация, когда отключающий импульс все же сформируется.

УРОВ в составе микропроцессорных устройств

Терминалы современных релейных защит по умолчанию содержат в своем составе УРОВ. Вводить его или не вводить – это проектное решение, принимаемое для конкретного случая применения.

В настройках УРОВ терминала выбирается вся необходимая для ее работы конфигурация, включая уставки по времени и контролю тока.

Поскольку все защиты собраны в одном корпусе и связаны между собой, работа автоматики становится более надежной. Остается только одна проблема: вывод УРОВ из работы перед проверкой защиты персоналом электролабораторий необходим в обязательном порядке. При проверке уставок срабатывания и возврата любой защиты ток, соответствующий аварийному параметру, существует на входе терминала длительное время, которого с лихвой хватает на формирование сигнала УРОВ.

Поэтому вывод в ремонт и ввод в действие устройств, содержащих противоаварийную автоматику, должен производиться по заранее составленным программам.

Источник