background image

1. Z jakich źródeł pozyskuje się dane niezawodnościowe (czasy do uszkodzenia urządzeń) oraz dane 
diagnostyczne? Dlaczego wnioskowanie na ich podstawie wymaga stosowania metod 
statystycznych? 
 

Dane niezawodnościowe 

– z powodu złożoności procesów i oddziaływań wzajemnych – mogą być 

wyznaczane jedynie z nieodłącznym udziałem metod eksperymentalnych, polegających na 
gromadzeniu danych z eksploatacji o zaistniałych usterkach i uszkodzeniach oraz z celowo 
zaprogramowanych badań niezawodnościowych, często przyśpieszanych. 
 
2. Skomentować sens i znaczenie przykazania eksploatacji urządzeń elektrycznych. 
 

 

Keep it cool 

Straty ciepła są fizycznie określone przez sprawność urządzeń i nie mogą być one pominięte przy 
analizie ich pracy. Utrzymanie urządzenia w odpowiedniej temperaturze jest ważne gdyż jego 
przegrzanie może spowodować uszkodzenie izolacji oraz innych elementów. Ponadto nadmierna 
temperatura stwarza ryzyko zapłonu elementów lub substancji znajdujących się w i poza 
urządzeniem. Każde urządzenie generujące duże ilości ciepła powinno być wyposażone w 
elementy/systemy odprowadzania ciepła (radiatory, wentylatory itd.). 
 

 

Keep it clean 

Zabrudzenia są częstą przyczyną awarii w urządzeniach elektrycznych. Jeśli pozwolimy im się 
nagromadzać to mogą spowodować „skażenie” sprzętu elektrycznego powodując przegrzanie i 
wzrost oporności elektrycznej. Każda okazja konserwacji powinna zawierać dokładne czyszczenie 
urządzenia. 
 

 

Keep it dry 

Utrzymywanie suchości urządzenia elektrycznego jest niezbędne do jego prawidłowego działania. Z 
dużej wilgotności lub wilgoci może wynikać rdzewienie. Korozja może powodować zwiększenie 
rezystancji pewnych elementów a przez to ich nadmierne nagrzewanie. Ponadto wilgoć może działać, 
jako przewodnik prądu i powodować zwarcia i w efekcie awarie systemów. Niektóre ciecze mogą 
wchodzić w reakcje z materiałami izolacyjnymi powodując ich uszkodzenie. Wilgoć może również 
przyciągać brud. 
 

 

Keep it tight 

Wiele elementów elektrycznych działa z dużą prędkością ruchu, podczas gdy inne nie mogą się 
poruszać w ogóle. Działanie części ruchomych spowoduje z czasem brak równowagi urządzenia, co 
prowadzi do wibracji i poluzowań istotnych elementów łączących. Wymagane są rutynowe kontrole 
mające na celu wykrycie zużycia i rozluźnienia części i połączeń. Szczelność urządzenia powinna być 
zachowana również ze względu na zagrożenia wnikania wilgoci oraz brudu. 
 
3. W technice zarządzania zasobami istotne znaczenie posiada rachunek kosztów życia urządzenia. 
Rozwinąć to stwierdzenie. 
 
Rachunek kosztów cyklu życia urządzenia - obejmuje przewidywane koszty, które zostaną poniesione 
w czasie całego cyklu życia danego urządzenia, a także zyski osiągane z jego sprzedaży/eksploatacji.  
 
Rachunek cyklu życia urządzenia jest świetnym narzędziem do ustalania rzeczywistej rentowności 
urządzenia w długim okresie. Pozwala, także zarządzać kosztami zanim zostaną one poniesione. 
Poznanie szacowanych wydatków umożliwia zminimalizować tych kosztów.  
 

background image

Cykl życia urządzenia - to funkcja czasu i wartości sprzedaży danego produktu. Pokazuje, jak zmienia 
się wielkość sprzedaży w czasie. Obejmuje następujące fazy:  
 

 

Projektowanie i rozwój  

 

Wprowadzenie  

 

Wzrost  

 

Dojrzałość, czyli nasycenie produktem  

 

Spadek (schyłek)  

 

Likwidacja.  

 
4. Dlaczego w niezawodnościowej strukturze szeregowej korzystniejsze jest rezerwowanie 
elementów o niższej niezawodności? 
 
Struktura niezawodnościowa systemu przedstawia sposób wzajemnych powiązań elementów 
określających zależność uszkodzeń systemu od uszkodzeń jego elementów. 
 
Mówimy, że system ma szeregową strukturę niezawodnościową, jeżeli niesprawność dowolnego 
elementu powoduje niesprawność całego systemu. Z definicji struktury szeregowej wynika, że obiekt 
jest sprawny wtedy i tylko wtedy, kiedy wszystkie jego elementy są sprawne. 
 

 

 
Jeżeli uszkodzenia poszczególnych elementów systemu są zdarzeniami niezależnymi, to 
prawdopodobieństwo, że wszystkie elementy będą nieuszkodzone jest równe iloczynowi 
współczynników (prawdopodobieństw) zdatności wszystkich elementów: 
 

∙ … ∙

 

 
Intensywność uszkodzeń o strukturze szeregowej jest równa sumie intensywności uszkodzeń 
wszystkich elementów systemu. 

Λ

. . .

 

 
5. Znaczenie znajomości krzywej wannowej (przebiegu funkcji intensywności uszkodzeń) dla 
prawidłowej eksploatacji urządzeń elektrycznych. 
 
Funkcja intensywności uszkodzeń jest definiowana, jako prawdopodobieństwo zdarzenia losowego 
(uszkodzenia wyrobu) w przedziale czasu 

,

Δ  odniesiona do czasu trwania przedziału Δ . Do 

badanie pobieramy próbkę reprezentacyjną składającą się z   wyrobów. 
 

 

 

, Δ

Δ

Δ

Δ

 

 
 
 
 
 
 

background image

6. Jaką rolę spełnia normalizacja w trakcie doboru i eksploatacji urządzeń elektrycznych? 
 
Metoda normalizacji ma na celu racjonalne zmniejszenie różnorodności wyrobów lub czynności. 
Uzyskuje się ją poprzez ujednolicenie cech wyrobów - np. konstrukcji, kształtu, wymiarów, 
parametrów jakościowych, cech użytkowych. Unifikacja (normalizacja) zwiększa uniwersalność 
maszyn i urządzeń oraz wyrobów, umożliwia zamienne stosowanie różnych części, ułatwia procesy 
produkcji, transportu, sprzedaży, umożliwia koncentrację i specjalizację produkcji, pozwala na 
obniżenie kosztów. 
 
7. Dane rozproszone – diagnostyczne/niezawodnościowe opisywane są różnymi 
modelami/rozkładami probabilistycznymi. Jaką szczególną rolę wśród nich spełniają rozkłady 
normalny i Weibulla? 
 

Rozkład normalny 

(rozkład Gaussa) – jeden z najważniejszych rozkładów prawdopodobieństwa. 

Odgrywa ważną rolę w statystycznym opisie zagadnień przyrodniczych, przemysłowych, medycznych, 
społecznych itp. Wykres funkcji prawdopodobieństwa tego rozkładu jest krzywą dzwonową. 
 
Przyczyną jego znaczenia jest częstość występowania w naturze. Jeśli jakaś wielkość jest sumą lub 
średnią bardzo wielu drobnych losowych czynników, to niezależnie od rozkładu każdego z tych 
czynników, jej rozkład będzie zbliżony do normalnego, stąd można go bardzo często zaobserwować w 
danych. Ponadto rozkład normalny ma interesujące właściwości matematyczne, dzięki którym oparte 
na nim metody statystyczne są proste obliczeniowo. 
 

Rozkład Weibulla 

– ciągły rozkład prawdopodobieństwa często stosowany w analizie przeżycia do 

modelowania sytuacji, gdy prawdopodobieństwo śmierci/awarii zmienia się w czasie. 
 
Może on w zależności od parametrów przypominać zarówno rozkład normalny (dla 

3,4), jak i 

rozkład wykładniczy (sprowadza się do niego dla 

1). 

 
Parametr   rozkładu określa zachowanie prawdopodobieństwa awarii (śmierci) w czasie: 
 

 

Dla 

1 prawdopodobieństwo awarii (śmierci) maleje z czasem. W przypadku 

modelowania awarii urządzenia sugeruje to, że egzemplarze mogą posiadać wady fabryczne i 
powoli wypadają z populacji. 

 

Dla 

1 (rozkład wykładniczy) prawdopodobieństwo jest stałe. Sugeruje to, że awarie mają 

charakter zewnętrznych zdarzeń losowych. 

 

Dla 

2 (rozkład Rayleigha) prawdopodobieństwo rośnie liniowo z czasem. 

 

Dla 

  1 prawdopodobieństwo rośnie z czasem. Sugeruje to zużycie części z upływem czasu, 

jako główną przyczynę awaryjności. 

 
8. Sieć inteligenta (smart grid) obiecuje podniesienie niezawodności i obniżenie kosztów zasilania 
w energię elektryczną. Jakie warunki musiałyby być w tym względzie spełnione? 
 
Spełnienie powyższych wymagań wiąże się z modernizacją istniejącej sieci elektroenergetycznej i 
optymalizacji wszystkich elementów sieci. Kolejną z barier rozwoju nowoczesnych inteligentnych sieci 
jest deficyt wiedzy, a wiec występujący brak odpowiednio licznej wykształconej kadry przygotowanej 
do pracy w tym obszarze technologicznym. Bardzo ważnym aspektem jest zapewnienie bezpiecznej, 
niezawodnej komunikacji, warunkującej wprowadzenie zautomatyzowanych, szybkich i 
samonaprawiających się działań w obszarze sterowania wielkoobszarowego.  
 
W Polsce spółka Energa-Operator realizuje pilotażowy projekt sieci inteligentnej na Helu o nazwie 
„Inteligentny Półwysep". 

background image

Źródłem problemów już są, lub będą w niedalekiej przyszłości, m.in.: 

• społeczne i środowiskowe ograniczenia hamujące budowę infrastruktury, 
• niedostosowana do przyszłych funkcji sieć dystrybucyjna, 
• niedostateczna obserwowalność sieci SN i nn, 
• lokalna kumulacja generacji rozproszonej i związana, z tym zmiana kierunku przesyłu mocy (od 
OSD do OSP), 
• prognozowany deficyt mocy wytwórczych, prawdopodobny już po 2016 roku. 

 
9. Rozkład czasów do uszkodzenia przekaźników pomocniczych posiada charakter wykładniczy o 

parametrze 

! "#

$% "

&'(

. Wyznaczyć wartość niezawodności takich przyrządów po czasie: 

 

)

1 * +

$,∙-

 

1 * )

1 * 1 +

$,∙-

 

+

$,∙-

 

 

1 rok 

. 10

$0

 

1

+

$ 1

23

0,9990004998 

 

 

5 lat 

. 10

$0

 

5

+

$ 1

23

∙7

0,9950124792 

 

15 lat 

15 

. 10

$0

 

15

+

$ 1

23

∙ 7

0,9851119396 

 
10. Dla zmiennej losowej 

: o rozkładzie normalnym ;<#, =; ?

?

@ wyznaczyć wartości 

prawdopodobieństwa, że: 
 

A 0,8; 2

A B, .  

B 0,8 

. 2 

 

C 1,2  

C 1,2  

1 * ) 1,2  

1 * D E

1,2 * B

. F

 

1 * D E

1,2 * 0,8

2

F  

1 * D E

1

5F

 

1 * 0,57926 0,42074 

 

 

C G 3,5  

C G 3,5  

) 3,5  

D E

3,5 * 0,8

2

F  

D 1,35

0,91149 

 

background image

 

C G 0,75  

C G 0,75  

) 0,75  

D E

0,75 * 0,8

2

F  

D *0,025

0,49003 

 

 

C 0,75  

C 0,75  

1 * ) 0,75  

1 * D E

0,75 * B

.

F  

1 * D E

0,75 * 0,8

2

F  

1 * D *0,025  

1 * 0,49003 0,50997 

 
11. W jakich charakterystycznych przedziałach czasowych krzywej wannowej (funkcji 
intensywności uszkodzeń) okazują się szczególnie przydatne rozkłady probabilistyczne: 
wykładniczy, Weibulla, logarytmiczno normalny? 
 

Rozkład Weibulla 

obowiązuje w całym czasie życia urządzenia.  

 

Rozkład wykładniczy 

sprawdza się dobrze do modelowania uszkodzeń w II przedziale krzywej 

wannowej (okres uszkodzeń przypadkowych).  
 
W III przedziale krzywej wannowej (okres uszkodzeń spowodowany zużyciem i starzeniem) przydatne 
okazują się 

rozkład normalny i logarytmiczno-normalny

 
12. Na czym polega szczególna przydatność metody siatek funkcyjnych modeli/rozkładów 
probabilistycznych w analizie danych rozproszonych. 
 
Metoda siatek funkcyjnych umożliwia liniowe odwzorowanie niektórych modeli/rozkładów 
probabilistycznych. Umożliwia dla danej dystrybuanty empirycznej oszacowanie postaci rozkładu 
teoretycznego a także jego parametrów. Jeżeli na siatce funkcyjnej dystrybuanty danego rozkładu 
możliwe jest wykreślenie prostej względem której rozrzut punktów 

H

I

;

I

 jest niewielki, to możemy 

przyjąć że jest to prosta aproksymująca wykres dystrybuanty zmiennej losowej   a rozkład 
dystrybuanty empirycznej jest zgodny z przyjętym modelem teoretycznym. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

13. Dla zmiennej losowej 

: o rozkładzie normalnym ;<*?; #, J

?

@ należy wyznaczyć wartość K, dla 

której: 

A *2; 0,5

A B, .  

B *2 

. 0,5 

a) 

C G L

5% 

C G L

) L

D N

L * B

. O 5%

 

D N

L * B

. O 0,05

 

L * B

.

*1,64 

L 2

0,5

*1,64 

L *2,82 

 
b) 

C   L

1% 

C   L

1 * ) L

1 * D N

L * B

. O 1%

 

1 * D N

L * B

. O 0,01

 

D N

L * B

. O 0,99

 

L * B

.

2,3265 

L 2

0,5

2,3265 

L *0,83675 

 
c) 

*L G C G L

50% 

*L G C G L

) L * ) *L

0,5 

) L * ) *L

0,5 

) 0 * ) *L

0,5

2

 

D E

0 2

0,5 F * D E

*L 2

0,5 F 0,25

 

D 4 * D *2 ∙ L 4

0,25 

0,999968 * D *2 ∙ L 4

0,25 

D *2 ∙ L 4

0,749968 

*2 ∙ L 4 0,6744 

L 1,6628 

 
d) 

*2 * L G C G *2 L

90% 

 

*2 * L G C G *2 L

) *2 L * ) *2 * L

0,9 

) *2 L * ) *2 * L

0,9 

) *2 * ) *2 * L

0,9

2

 

D E

*2 2

0,5 F * D E

*2 * L 2

0,5

F 0,45 

D 0 * D *2 ∙ L

0,45 

0,5 * D *2 ∙ L

0,45 

D *2 ∙ L

0,05 

*2 ∙ L *1,64 

L 0,82