Резервування – підвищення надійності об'єкта запровадженням надмірності, тобто. додаткових засобів і можливостей понад мінімально необхідні виконання об'єктом покладених нею функцій.

У різних галузях техніки використовують різні види резервування – структурне, тимчасове, функціональне, інформаційне.

У енергетиці, переважно, застосовують структурне резервування, тобто. використовують надлишкові (резервні) конструктивні елементи, включені паралельно основним (робочим) та дублюючі їх. При цьому основним називають такий елемент структури об'єкта, який мінімально необхідний виконання об'єктом заданих функцій, а резервний забезпечує працездатність об'єкта у разі відмови основного елемента.

Структурне резервування може здійснюватися у різний спосіб. При загальному резервуванні резервується об'єкт загалом, а при раздельном- його окремі елементи. Кратністю резервування називають відношення числа резервних елементів до основних: K p = N рез /N осн.

За кількістю резервних елементів розрізняють одноразове, дворазове та багаторазове резервування. При роздільному резервуванні Кр найчастіше буває дробовиною, а за загальному – цілим числом.
В енергетиці, як правило, використовується роздільне резервування у вигляді дублювання окремих найменш надійних та найбільш відповідальних елементів, наприклад, ліній поживної води парових котлів, димососів, деяких установок живильних, конденсатних насосів та запобіжних клапанів. На один основний елемент зазвичай припадає один резервний.

При постійному резервуванні резервні елементи беруть участь у функціонуванні об'єкта нарівні з основним, а при резервуванні заміщенням функції основного елемента передаються резервному елементу після відмови основного.

Відмінність між постійним включенням резерву і навантаженим резервом заміщення можна подати на наступних прикладах: до першого відноситься резервний конденсатний насос, безперервно працюючий паралельно з основним, до другого - паровий котел, що знаходиться в розігрітому стані, але не пар у паропровід.

Терміни гарячий, теплий і холодний резерви дуже вдалі стосовно енергетики, і тому часто використовуються нарівні з рекомендованими ГОСТ термінами відповідно навантажений, полегшений, ненавантажений резерви.

Залежно від місця підключення резервного агрегату розрізняють фіксоване резервування, коли резервний агрегат повинен бути введений замість одного цілком конкретного працюючого агрегату, і ковзна резервування, коли резерв вводиться замість будь-якого з працюючих агрегатів цієї групи.

Розглянемо властивості деяких способів резервування, притаманних енергетичного устаткування.

Перевагою ненавантаженого резерву є можливість зберегти ресурс резервного агрегату за нормальної роботи інших. Однак в енергетичній практиці ненавантажений резерв має серйозний недолік - у багатьох випадках його не можна ввести в роботу відразу після виникнення відмови основного обладнання, і тому можуть тимчасово погіршитися умови підтримки заданого навантаження. Так, якщо справний турбоагрегат зупинено в резерв, то його ресурс не витрачається, але навіть у самій екстреній ситуації знадобиться деякий певний час для пуску. Турбоагрегат може також працювати з відносно малим навантаженням (так званий резерв, що обертається), і при необхідності набір навантаження проводиться в темпі, обмеженому тільки динамічними властивостями енергоблоку, але ресурс агрегату витрачається постійно.

В енергетиці часто одним або декількома агрегатами резервують цілу групу устаткування, що працює. Саме таким чином включені турбоагрегати до загальної енергосистеми. На ТЕС з поперечними зв'язками резервний котел може замінити будь-який котел, що вийшов з ладу. Отже, це приклад ковзного резерву.

Структурне роздільне резервування елемента організується двома способами:

а) постійне включення резерву


б) резервування заміщенням

Схема а). При постійному увімкненні резервний елемент увімкнений паралельно основному і працює разом з ним. При відмові основного елемента установка зберігає працездатність з допомогою резервного елемента, що приймає він все навантаження. У цьому випадку немає необхідності включати резервний елемент і відключати основний, що відмовив, але резервний елемент зношується і витрачає свій ресурс надійності разом з основним.

Надійність системи двох однакових елементів (основного та резервного), включених паралельно:

λ осн = λ рез = λ = 1/T ел

Ця система відмовить при одночасному відмові обох елементів. Відповідно до формули повної ймовірності за незалежності подій ймовірність відмови системи двох елементів при постійному включенні:

Q c = ∏ Q i = (1 - P i) 2 = (1 - e -λt) 2 = 1 - 2e -λt + e -2λt

Можливість безвідмовної роботи вказаної системи

P c = 1 - Q c = 2 e -λt - e -2λt

Середній час безвідмовної роботи

T c = ∫ P c dt = ∫ (2 e -λt - e -2λt)dt = (-2/λ e -λt + 1/2λ e -2λt) = 3/2T ел

Таким чином, при постійному включенні середній час безвідмовної роботи системи збільшився у 1.5 раза.

Схема б). При резервуванні заміщенням резервний елемент вимкнений, знаходиться в стані готовності замінити основний елемент, що відмовив (холодної, теплої або гарячої готовності).

При цьому зберігається резерв надійності дублюючих елементів і підвищується загальна надійність системи, але потрібно здійснити включення резерву, імовірність чого повинна бути врахована. Включення резерву полягає у пошуку відмови, відключенні елемента, що відмовив, підготовці та введенні резервного елемента в роботу.

Кількісний аналіз показав, що середній час безвідмовної роботи систем двох елементів при резервуванні заміщенням збільшується вдвічі

Тому переважно резервування заміщенням елементів. Але переваги резервування заміщенням перед постійним включенням резервного елемента знижуються, оскільки надійність включення також менше 1, і втрачаються при наближенні її до 1.5/2=0.75. Крім того, слід врахувати, що резервний елемент певною мірою зношується і в неробочому стані.

Види резервування

Резервуванням називається застосування резервних засобів забезпечення працездатності об'єкта. Залежно від виду резервних засобів, що використовуються резервування буває: функціональне, тимчасове, інформаційне, структурне.

Функціональне резервування– це резервування, у якому використовується здатність елементів виконувати додаткові функції, і навіть можливість виконувати задану функцію додатковими засобами.

Таке резервування часто застосовують для багатофункціональних систем, в яких значення тих самих параметрів стану технологічного процесу можуть бути отримані за допомогою різних приладів і на підставі різних розрахунків.

Тимчасове резервування– це резервування, у якому використовується резервний час виконання заданої функції.

Тимчасове резервування полягає в тому, що допускається перерва функціонування системи або пристрою через відмову елемента. Наприклад для передачі інформації заданого обсягу, потрібен час t.При плануванні роботи з цієї операцію відводиться час t + tр, де tр- резервний час. Резервний час може бути використаний або для повторення передачі інформації або для усунення несправності апаратури. Введення резервного часу дозволяє підвищити надійність роботи об'єкта, але з тим знижує продуктивність його роботи.

Інформаційне резервування- Це резервування, при якому як резерв використовується надлишкова резервна інформація. До цього виду резервування відноситься запровадження надлишкових інформаційних символів при передачі, обробці та відображенні інформації, наприклад використання додаткових розрядів при кодуванні інформації. Це дозволяє виявити і навіть усувати помилки у передачі інформації (корегуючі коди).

Структурне резервування- Це резервування із застосуванням резервних елементів структури об'єкта.

Найпоширенішим і найефективнішим засобом підвищення надійності цей вид резервування є тому, фізичний зміст його найбільш зрозумілий розробнику і цей спосіб доступніший за інші для реалізації. Якщо у розробника виникає сумнів у надійності деякого елемента структури об'єкта, він додатково до нього вводить у структуру резервний елемент. Цей же елемент використовувати як запасний, але заміна запасного, що відмовив, викликає великі втрати часу і часто технічно неможлива в процесі експлуатації. Включення резервних елементів у структуру – це своєрідна автоматизація процесу заміни елемента, що відмовив.

При структурному резервуванні всі елементи системи можна розділити основні і резервні.

Основний елемент структури – це елемент, який виконує задані функції.

p align="justify"> Резервний елемент структури - це елемент, призначений для заміни основного елемента.

Не до кожного основного елемента може бути підключений резервний елемент. Наприклад, постійне підключення резервного акумулятора до основного акумулятора змінює робочі характеристики системи живлення. Включення до структури резервної ЕОМ пов'язані з рішенням низки складних технічних завдань, наприклад синхронізація роботи ЕОМ, безперервний контроль технічного стану системи, забезпечення безвідмовності перемикаючих пристроїв тощо. буд. Тому є кілька способів структурного резервування для конкретних умов роботи об'єкта.

Структурне резервування поділяють на загальне та роздільне. При загальному система резервується загалом, при роздільному резервуються окремі елементи чи його групи.

Якщо резервні елементи функціонують нарівні з основними, має місце постійне резервування або пасивне. Якщо резерв вводиться до складу системи після відмови основного елемента і супроводжується перемикаючими операціями, має місце резервування заміщенням або активне резервування.

При резервуванні заміщенням резервні елементи можуть перебувати у навантаженому, полегшеному та ненавантаженому стані. Якщо резервний елемент знаходиться в тому ж режимі, що і основний елемент, резервування називається навантаженим або гарячим резервуванням; якщо резервний елемент знаходиться в менш навантаженому режимі, ніж основний, резервування називається полегшеним або теплим резервуванням; якщо резервний елемент не має навантаження, резервування називається ненавантаженим або холодним резервуванням.

При резервуванні заміщенням той самий резерв може бути використаний для заміни будь-якого з ряду однотипних елементів. Такий спосіб резервування називають ковзним.

При розрахунках надійності передбачається, що резервні елементи завжди готові до негайного підключення до роботи, щойно надходить команда з їхньої підключення. Якщо такого припущення зробити не можна, у схему розрахунку вводиться або реальний, або фіктивний пристрій перемикання на резерв з його характеристиками (безвідмовність, час затримки).

В інформаційних системах застосовують динамічне резервування - це резервування з перебудовою структури об'єкта у разі відмови його елемента. На рис. основний тракт передачі даних позначений суцільною лінією, можливі тракти – штриховою лінією.

Структурне резервування застосовується як для того, щоб підвищити безвідмовність вироби, але й підвищення достовірності величин з його виході. Наприклад, з метою підвищення достовірності результату роботи обчислювальної машини дві машини вирішують одну й ту саму задачу. Результат вважається правильним, якщо збігаються результати двох машин. Таке "резервування" називається дублюванням.

З'єднання працюючих елементів може бути складнішим, ніж при дублюванні. Наприклад, число працюючих машин може бути рівним трьом. Результат вважається вірним, якщо він збігається з результатами не менш як двох машин. Таке "резервування" називається мажоритарним резервуванням або резервуванням за принципом "голосування". В даному випадку воно називатиметься мажоритарним резервуванням за принципом "два з трьох".

Для характеристики співвідношення між числом резервних та основних елементів вводиться поняття кратності резервування k.

Величина k є цілим числом при резервуванні з цілою кратністю, коли кількість основних елементів дорівнює одиниці. Величина k є дробовим числом при резервуванні з дробовою кратністю, коли кількість основних елементів більше одиниці. При цьому дріб скорочувати не можна.

Резервуванням називають спосіб забезпечення надійності системи за рахунок використання додаткових засобів і можливостей, надлишкових щодо мінімально необхідних при виконанні необхідних функцій. Резервування може використовуватися як підвищення надійності, а й підвищення точності, стійкості, достовірності та інших. Іноді замість терміна «резервування» використовується словосполучення «введення надмірності». Між цими поняттями є багато спільного, але й відмінності, тому їх не можна сприймати як синоніми. Під надмірністю розуміють перевищення ваги, габаритів, продуктивності, вартості та інших техніко-економічних показників виробу над мінімально необхідними. Зрозуміло, що введення надмірності не означає автоматичного поліпшення показників надійності, достовірності та ін. Щоб поліпшення відбулося, необхідно відповідним чином керувати надлишковими ресурсами, створити певні умови та правила їх використання, а в деяких випадках передбачити спеціальні технічні та програмні засоби актуалізації цих ресурсів. Якщо це виконано, то введення надмірності стає резервуванням, і тоді обидва поняття можна як синоніми.

Види та методи резервування досить різноманітні та залежать як від типу характеристик, які мають бути покращені, так і від класу систем, у яких використовується резервування. Для підвищення надійності систем керування застосовують структурне, функціональне, тимчасове, інформаційне, алгоритмічне резервування. Розглянемо докладно ці види резервування.

Структурне резервування. Структурним резервуванням (СР) називають спосіб підвищення надійності технічних засобів, що полягає у застосуванні в системі додаткових (резервних) елементів, які не є необхідними для виконання покладених на систему функцій, але використовуються системою після відмови основних елементів. Характерною особливістю СР є те, що в ідеально надійній системі всі резервні елементи можуть бути видалені з системи без погіршення якості її функціонування. Вони потрібні лише тоді, коли виникає принципова можливість відмови основних елементів.

На відміну від послідовної системи, у системі з СР не будь-яка відмова елемента призводить до відмови системи, оскільки робота системи підтримується за рахунок перебудови (реконфігурації) структури та підключення резервних елементів. Відмова системи настає лише тоді, коли порушення працездатності в одному з основних елементів не вдається компенсувати своєчасним підключенням працездатного резервного елемента (групи елементів).

Чудовою властивістю СР, що пояснює його широке застосування, є те, що введення резервної апаратури, збільшуючи сумарну інтенсивність відмов елементів (основних та резервних), суттєво зменшує інтенсивність відмов системи. Як наслідок, покращуються й інші показники надійності. І навпаки, на відміну від послідовної системи, де будь-яке спрощення корисне з точки зору надійності, в резервованій системі спрощення шляхом видалення резервних елементів погіршує показники надійності. За наявності потоку відмов елементів СР дозволяє забезпечити безперервну роботу системи протягом проміжку часу, що багато разів перевершує середнє напрацювання до відмови нерезервованої системи. У системах, що складаються з декількох одночасно працюючих пристроїв однакової продуктивності, в яких відмова одного з пристроїв знижує загальну продуктивність системи, СР стабілізує продуктивність системи.

Для ефективного використання СР іноді необхідно залучати інші види резервування, наприклад тимчасове, щоб гарантувати своєчасне виявлення відмов і своєчасне підключення резервної апаратури. Для цих цілей використовуються інформаційне та алгоритмічне резервування.

Методи структурного резервування.

МСР різняться:

За масштабом резервування;

Співвідношенню кількості основних та резервних елементів;

спосіб включення резерву;

Режим роботи резервних елементів;

Способи підключення резервної апаратури.

Резервування називають загальним, якщо резервується вся послідовна система, роздільним (поелементним), якщо резервуються окремі елементи послідовної системи, та груповим, якщо резервується група елементів системи. Сукупність основних та резервних елементів, що заміщають один одного при відмові одного з елементів, називають резервованою групою. При загальному резервуванні у системі є лише одна резервована група, при роздільному - стільки резервованих груп, скільки елементів у послідовній системі. При груповому резервуванні кількість резервованих груп має проміжне значення. Система зі структурним резервом відмовляє тоді, коли відмовляє хоча б її резервована група. У структурній схемі надійності резервовані групи з'єднані послідовно, значить ймовірність виникнення відмови резервованої групи може бути визначена як:

Ковзне резервування або з неоднозначною відповідністю застосують тоді, коли всі основні елементи системи однакові. Резервні елементи не закріплюються за певними основними елементами, а можуть замінити будь-який із них.

Основним параметром структурного резервування є кратність k, що є співвідношенням між загальним числом однотипних елементів n і числом r необхідних для функціонування системи працюючих елементів:

Значення k може бути цілим, якщо, та дробовим, якщо в останньому випадку дріб скорочувати не можна.

За способом включення резерву розрізняють:

Резервування із постійно включеним резервом;

Резервування із включенням заміщенням.

Мал. 4

Схеми загального (а) та поелементного (б) постійного резервування наведено на рис. 4. При постійному включенні основні та резервні елементи (підсистеми) функціонують одночасно, починаючи з моменту включення системи (рис. 4, а та б). Постійне резервування пасивним. При включенні заміщенням (рис. 4, і г), яке є активним резервуванням, резервні елементи (підсистеми) включаються в роботу тільки після відмови основних. До цього вони перебувають у стані зберігання (ненавантажений резерв), частково включені (полегшений резерв) або повністю включені (навантажений резерв). При навантаженому резерві резервні елементи мають інтенсивність відмов таку ж, як основні елементи, тобто.

При ненавантаженому резерві інтенсивність відмов резервних елементів набагато менше, ніж інтенсивність відмов основних елементів, отже у розрахунках вважатимуться. Полегшений резерв займає проміжне положення, коли

Заміщення основного елемента, що відмовив, резервним можна проводити вручну, напівавтоматично і автоматично. У першому випадку не потрібно ніякої апаратури перемикання, але час перемикання досить великий. При автоматичному перемиканні використовують спеціальний автомат перемикання резерву. Він зменшує час перемикання до декількох секунд або часток секунд, однак сам має кінцеву надійність. При напівавтоматичному перемиканні частину функцій виконує автомат, іншу - оператор.

Оскільки структурне резервування пов'язані з додатковими витратами резервні елементи, останні мають окупатися рахунок підвищення надійності системи та зниження втрат від її відмов. Найбільш простими визначення показниками ефективності резервування є такі:

де - виграш за рахунок підвищення середнього напрацювання повністю резервованої системи в порівнянні з напрацюванням нерезервованої системи; - аналогічні показники щодо підвищення ймовірності безвідмовної роботи та зниження ймовірності відмови. Резервування ефективне, якщо значення показників довше за одиницю.

Тимчасове резервування (резервування часу)

Тимчасове резервування (ВР) - це спосіб підвищення надійності, при якому системі в процесі функціонування надається можливість витратити деякий час, що називається резервним, для відновлення технічних характеристик. Резерв часу можна витратити на перемикання структурного резерву, виявлення та усунення відмов, повторення робіт, знецінених відмовими, очікування завантаження у працездатному стані. Можна вказати кілька джерел резервного часу.

Резерв часу може створюватися рахунок збільшення часу, виділеного системі до виконання завдання і званого оперативним часом. Він і при створенні запасу продуктивності всієї системи чи її окремих пристроїв, причому збільшення оперативного часу. Запас продуктивності, своєю чергою, виникає зі збільшенням швидкодії елементів чи при комплексуванні кількох пристроїв (систем) однакової чи різної продуктивності до виконання загального завдання.

У системах, результат роботи яких оцінюється обсягом виробленого (оброблюваного) продукту, резерв часу можна створити рахунок внутрішніх запасів вихідний продукції. В АСОІУ такою продукцією є інформація, у системах енергопостачання – електрична енергія, у системах водопостачання – водні ресурси, на машинобудівних підприємствах – деталі, вузли, прилади тощо. Для зберігання запасів передбачаються спеціальні накопичувачі: пристрої, що запам'ятовують, акумуляторні батареї, резервуари, бункери та ін. працездатною.

Ще одним джерелом резерву часу є функціональна інерційність процесів, що протікають в системі. У багатьох технічних систем допускаються незначні перерви, які протікають без втрати якості функціонування (поки керовані параметри перебувають у межах допусків), які можна використовуватиме відновлення її працездатності. Такі властивості мають АСУ ТП, системи термостатування, диспетчерського управління, життєзабезпечення літальних та інших рухомих апаратів та ін.

Для систем з ВР порушення працездатності необов'язково супроводжується відмовою системи навіть за послідовному з'єднанні її елементів, оскільки є можливість відновити працездатність за резервний час. Відмова СЗР - подія, що полягає у порушенні працездатності, що викликає неприпустимі наслідки або неусуненому за допустимий час. Надійність СЗР оцінюється за результатами виконання встановлених тимчасових обмежень по всій траєкторії функціонування або за результатами виконання певного завдання.

Завдання задається:

Послідовністю та обсягом робіт;

Встановленими моментами початку та завершення етапів робіт;

Обмеженнями використання різних ресурсів, які має система;

Обмеженнями на взаємодопомогу та взаємодію різних пристроїв.

Тому розрізняють завдання:

Одноетапні;

Багатоетапні;

Бригадні;

індивідуальні (автономні);

Групові;

Що надходять до початку роботи системи (за розкладом);

Вступають у процесі роботи системи (у випадкові моменти часу за заявками). Виконання завдання - це подія, що полягає у завершенні заданого обсягу робіт із встановленими обмеженнями на час виконання всіх робіт та окремих їх етапів та при виконанні вимог до якості та ритмічності роботи системи. Порушення встановлених вимог та обмежень розглядається як зрив функціонування. Тому відмову СЗР можна визначити як подію, що призводить негайно або з деякою затримкою до зриву виконання завдання, до зриву функціонування.

Для встановлення ознак відмови СЗР необхідно вести статистику втрат часу, проводити спеціальні виміри, наприклад, запасів продукції накопичувачах. Структурно в узагальненій формі СЗР може розглядатися як сукупність вихідного об'єкта та резерву часу (рис. 5).

Після відмови системи починає діяти резерв часу. Відмови системи можуть відрізнятися за наслідками. Якщо відмова викликає лише затримку виконання завдання, але не призводить до повторення робіт, то його називають таким, що не знецінює або неруйнує. В іншому випадку його називають знецінюючим або руйнівним. Знецінення виконаних робіт може бути повним чи частковим. У зв'язку з наявністю знецінюючих відмов весь напрацювання системи поділяють на корисну та знецінену. Корисним є напрацювання, не знецінене відмовими системи, а знецінене напрацювання - це напрацювання, не включене до корисної. Резервування часу широко використовується у комп'ютерах, обчислювальних мережах, системах зв'язку. Особливо ефективним є застосування ВР для боротьби зі збоями та перешкодами. Його часто використовують і підвищення ефективності інших видів резервування.

Мал. 5

Методи тимчасового резервування

p align="justify"> На методи тимчасового резервування частково може бути поширена класифікація методів структурного резервування. Серед методів ВР можна виділити загальне, роздільне, групове, з цілою та дробовою кратністю. При загальному резервуванні створений резерв часу можна використовувати будь-яким елементом системи. При роздільному ВР кожен елемент забезпечується власним резервом часу, який може бути використаний іншими елементами. При груповому ВР резерв часу призначається для будь-якого елемента, що входить до цієї групи, і не може бути використаний елементами поза групою. Кратність ВР - це відношення величини резерву до мінімального часу виконання завдання. Воно може бути цілим або дрібним.

По можливості збільшення в процесі функціонування системи з резервом часу (ЗВР) розрізняють резерв, що не поповнюється і поповнюється. Непоповнюваний резерв часу створюється заздалегідь, на початок роботи, і збільшується у виконанні завдання. При працездатному стані всіх елементів системи поточне значення резерву часу не змінюється, а при відмовах елементів може зменшуватися стрибкоподібно (при знецінення відмов) або в лінійній залежності від часу при непрацездатному стані системи. Поповнюваний резерв зростає за деяким законом при працездатному стані всієї системи, а також під час відновлення працездатності деяких елементів, що відмовили. Миттєво поповнюваний резерв відновлюється до початкового рівня стрибком відразу після закінчення ремонту. В одній і тій же системі можуть використовуватися обидва види резерву часу - тоді його називають комбінованим чи змішаним. При роздільному або груповому резервуванні можливі додаткові обмеження щодо поповнення та використання резерву часу. І тут його називають резервом зі складними обмеженнями.

Як і при структурному резервуванні, за типом структури розрізняють СЗР з послідовним, паралельним, послідовно-паралельним з'єднанням елементів, а також СЗР з мережевою структурою. Однак тут є деякі особливості. Так, існують два різновиди послідовного з'єднання: основне та багатофазне. При основному з'єднанні системи відсутні накопичувачі продукції (рис. 6, а).

Мал. 6

При багатофазному з'єднанні у системі є принаймні один накопичувач. Число фаз визначають як кількість накопичувачів, збільшене на одиницю (рис. 6, б). Паралельне з'єднання також має два різновиди: резервне та багатоканальне. При резервному з'єднанні є чіткі відмінності основних та резервних елементів. Працездатні основні елементи перебувають у роботі. Резервні елементи, незалежно від режиму (навантаженого, ненавантаженого, полегшеного), не входять у роботу, поки працездатні основні елементи (рис. 6,в). При багатоканальному з'єднанні не розрізняють основні та резервні елементи. Всі паралельно включені елементи беруть участь у роботі, і результати їхньої роботи однак використовують при формуванні результатів роботи всієї системи. Якщо елементи характеризуються продуктивністю (пропускною здатністю, швидкодією, потужністю тощо.), то системі з багатоканальним з'єднанням елементів може створюватися запас продуктивності, на відміну системи з мінімально необхідною кількістю елементів (рис. 6,г). Приклади СЗР з послідовно-паралельним та паралельно-послідовним з'єднанням елементів наведено на рис. 6, д-з. Рекурсивно можна побудувати і складніші структури.

Функціональне резервування

Функціональним резервуванням (ФР) називають спосіб підвищення надійності, що використовує властивість технічних систем (а також живих організмів, біологічних і соціальних систем) забезпечувати при відмови елементів безвідмовне функціонування за рахунок перерозподілу функцій і більш інтенсивної роботи елементів, що виконували повністю свої основні функції. Виконувати додаткові функції вони здатні лише тимчасово, і це може супроводжуватися деяким погіршенням загальної якості роботи, але у межах. При ФР у системі немає «зайвих» елементів - всі необхідні для виконання необхідного набору функцій. Характерною особливістю цього виду резервування є те, що навіть з ідеально надійної системи не можна видалити жодного елемента, не викликавши перерозподілу функцій елементів і збільшення їх функціонального навантаження вже на постійній основі, можливо, з переходом на більш важкі режими роботи.

Застосування ФР зазвичай супроводжується введенням інформаційної та алгоритмічної надмірності.

Інформаційне резервування

У сучасній техніці управління та інформаційно-вичислювальній техніці інформаційна надмірність та інформаційне резервування використовуються для поліпшення багатьох характеристик. Воно впливає на показники надійності, достовірності обробки та передачі інформації, точності обчислень, продуктивності. Способи запровадження інформаційної надмірності дуже різноманітні. Інформаційна надмірність існує у вигляді надмірності внутрішньої інформаційної мови пристроїв обробки та передачі даних, у вигляді надмірності завадових кодів. Її можна вводити і як надмірність масивів даних у складі файлу даних, і як надмірність файлової структури пам'яті ЕОМ. Можна з упевненістю сказати, що без інформаційної надмірності у тій чи іншій формі неможливо уявити жодного інформаційного процесу в АСОІУ. Часто без інформаційної надмірності не можна використовувати інші види резервування. Не зупиняючись на непрямих методах впливу інформаційної надмірності на показники надійності, відзначимо лише основні методи прямого впливу. Інформаційна надмірність (ІІ) зменшує:

Потік відмов системи, оскільки всі відмови елементів стають відмовами системи; якщо наслідки відмови елемента вдається усунути рахунок ІІ, він не вважається відмовою системи;

Час відновлення рахунок зменшення обсягу робіт, знецінених відмовою; при цьому зменшується час, що витрачається на повторення знеціненої частини робіт, і збільшується корисне напрацювання;

Час відновлення за рахунок скорочення часу виявлення та пошуку несправності.

Алгоритмічне резервування (АР)

Для виконання завдань, що стоять перед системою, необхідно не тільки мати деякий обсяг інформації про характер і умови виконання завдання, про процеси, що відбуваються в системі та навколишньому середовищі, але й забезпечити обробку цієї інформації відповідно до алгоритмів функціонування. Кожній системі можна порівняти алгоритм мінімальної складності. Всі інші алгоритми, що містять додаткову кількість операторів, порівняно з мінімальним алгоритмом будуть надмірними. АР вводиться для подолання перешкод та випадкових обурень, спричинених, зокрема, відмовами елементів апаратури. Воно використовується у взаємодії з іншими видами резервування та у ряді випадків є необхідною умовою їх реалізації.

4 Розрахунок надійності невідновлюваних систем із постійним резервом

Загальне постійне резервування з кратністю. Імовірність відмови Q p паралельно працюючих елементів при r = 1 визначається виразом (2), звідки для рівнонадійних елементів

Чим менша ймовірність відмови кожного з елементів, тим вища ефективність постійного резервування. Так, якщо q = 0,1 та 0,01, а k = 1, то виграш у зниженні ймовірності відмови при резервуванні складе відповідно 10 та 100. Розглянемо зв'язок показників надійності групи резервованих елементів, кратності резервування k та тривалості роботи елементів t при експоненційному законі розподілу часу їхньої безвідмовної роботи. Якщо інтенсивність відмов кожного з елементів, то згідно з (1.12), (1.21), (1.22) маємо

Графіки зміни P P (t/) та р (t/)/ залежно від кратності резервування та тривалості роботи системи представлені на рис. 7. Вони показують, що постійне резервування ефективно на початковій ділянці роботи системи, коли t.

Для групи резервованих елементів середнє напрацювання до відмови

Мал. 7

Робота аналізованої групи резервованих елементів характеризується послідовним переходом у міру виникнення відмов від т працюючих елементів до т-1, т-2 і далі одного, відмова останнього призводить до відмови всієї групи. Цю послідовність переходів ілюструє графік, поданий на рис. 8. У випадкові моменти часу t 1 , t 2 і т. д. відбуваються відмови елементів, кількість працюючих елементів n(t) поступово знижується. Оскільки на кожній із ділянок T 1 = t 1 , T 2 = t 2 - t 1 і т. д. має місце спільне функціонування т, т-1 і т. д. елементів, то випадкові інтервали часу T 1 , Т 2 ...,Т т мають експоненційний розподіл з інтенсивностями відмов відповідно m, (т-1), ..., та середньою тривалістю 1 = 1/(m), 2 = 1/[(т-1)], = 1 /. Оскільки значення середнього напрацювання до відмови групи резервованих елементів визначається як 1/(m)+1/[(т-1)]+ 1/.

Мал. 8

Резервування двополюсних елементів. Найчастіше резервні елементи підключають паралельно основному. Однак при диференціації видів відмов резервування по кожному з них може здійснюватися за різних способів включення резервних елементів. Найбільш характерним у цьому відношенні є резервування елементів при відмови типу «обрив» і «коротке замикання» (КЗ). Для двополюсних елементів релейного типу, що мають два можливі стани 1 і 0, цим відмовим відповідає неспрацьовування за наявності керуючого сигналу і хибне спрацьовування за відсутності останнього.

При послідовному з'єднанні релейних елементів (рис. 9,а) неспрацьовування будь-якого з елементів призводить до відсутності ланцюга між точками а та b. Таким чином, для цього виду відмов послідовне з'єднання релейних елементів є основним. Для відмов типу хибне спрацьовування послідовне з'єднання є резервним, оскільки цей вид відмови ланцюга матиме місце лише при відмові двох елементів.

Мал. 9

З розглянутого випливає, що одному й тому з'єднанню елементів цих видів відмов відповідають дві структурні схеми. При послідовному з'єднанні релейних елементів здійснюється резервування по відмови типу КЗ. Якщо ймовірність відмов цього для кожного елемента q, то B a = q/q 2 = q -1 . Для відмов типу обрив, тобто послідовне включення релейних елементів призводить до підвищення ймовірності виникнення відмов типу обрив ланцюга. При паралельному з'єднанні релейних елементів (рис. 9,б) здійснюється резервування за відмовами типу обрив з ефективністю B Q = 1/q, а за відмовами типу КЗ надійність знижується.

Резервування із дробовою кратністю. При резервуванні з дробовою кратністю система може функціонувати, якщо з однотипних працюючих паралельно елементів у працездатному стані знаходяться r. Система відмовляє, якщо кількість елементів z, що відмовили, складає. Використовуючи метод перебору станів, визначимо можливість відмови такої системи.

У кожному стані число працездатних елементів становить п - z, а ймовірність цього стану, тоді

де C n z = n! / - Число поєднань з п елементів по z, причому 0! = 1; =1. При<<1 .

При експоненційному законі розподілу часу безвідмовної роботи та інтенсивності відмов кожного з елементів

Оскільки без резерву система включає r працюючих елементів, то ймовірність відмови вихідної системи в оцінці ефективності резервування становить 1-(1-q) r . Так, якщо система включає три паралельно працюючі елементи і r = 2, то при q = 0,1, k = 1/2, т = 2 згідно (11)

Різновидом постійного резервування з дробовою кратністю є резервування з голосуванням по більшості (мажоритарне). Структурна схема системи, що використовує цей спосіб резервування, представлена ​​на рис. 10. Паралельно працює непарна кількість елементів, їх вихідні сигнали х 1 , х 2 ,..., х п надходять на вхід елемента голосування Г (кворум-елемент), вихідний сигнал якого збігається із сигналом більшості елементів. У системах з таким способом резервування зазвичай використовуються три елементи, рідше за п'ять. Для працездатного стану системи потрібна правильна робота більшості елементів. Відмова системи настає за кількості відмов z m = (n + 1)/2.

Мал. 10

Мал. 11

Імовірність відмови системи з мажоритарним резервуванням при n = 3 і n = 5 рівнонадійних елементах згідно з (10) становить відповідно:

Q 3 = 3q 2 - 2q 3; Q 5 = 10q 3 - 15q 4 + 6q 5 . (12)

Ефективність цього способу резервування при n=3 становить B Q = q/(3q 2 - 2q 3) = 1/(3q - 2q 2). Якщо q< 0,5, резервирование эффективно, при q = 0,5 надежность системы при резервировании не изменяется, а при q >0,5 резервування призводить до зниження надійності.

Мажоритарне резервування широко застосовують у системах захисту реакторів та теплотехнічного обладнання. Так, система захисту від перевищення тиску барабані котла, зображена на рис. 11,а включає електроконтактні манометри M1, M2, M3, силове реле СР і електричний клапан скидання тиску К. Система захисту спрацьовує при замиканні контактів будь-яких двох манометрів з трьох. Схема з'єднання контактів манометрів представлена ​​на рис. 11,б. Струм через обмотку силового реле СР протікає при замиканні двох пар контактів, спеціального кворум-елемента в таких системах не потрібно. Відмови виду «хибне спрацьовування» чи «неспрацьовування» у системі виникають при відповідних відмови двох манометрів з трьох, тобто цей спосіб резервування рівнонадійний для обох видів відмов.

Мал. 12

Поелементне резервування. Надійність системи, що містить групи елементів або окремі елементи з поелементним резервуванням, розраховують за допомогою формул загального постійного резервування (1), (2), (10). Так, якщо система складається з п ділянок з поелементним резервуванням цілою кратністю k i , то ймовірність безвідмовної роботи системи

де q ij - ймовірність відмови j-го елемента, що входить до i-ї ділянки резервування.

Для зіставлення ефективності загального та поелементного резервування порівняємо ймовірність відмови двох систем, що включають однакове n(k+1) число рівнонадійних елементів (рис. 12). У першому випадку (рис. 12 а) здійснюється загальне резервування системи з п елементів кратністю k, у другому випадку (рис. 1 2 б) при поелементному резервуванні кожен з п елементів системи має k резервних.

Ймовірність відмови системи із загальним резервуванням

Вважаючи, що можливість відмови кожного з елементів q<<1 и (1- q) n 1 - nq, получаем. Для раздельного резервирования, используя (13) и считая q<<1, получаем

Ефективність поелементного резервування порівняно із загальним становитиме n k . Зі збільшенням глибини п і кратності k резервування його ефективність зростає. Використання поелементного резервування пов'язане з введенням додаткових елементів, що підключають, що мають обмежену надійність. У зв'язку з цим є оптимальна глибина резервування опт, при n>п опт ефективність резервування знижується.

Види резервування

На стадії проектування СЕС задля забезпечення необхідної надійності доводиться у часто як мінімум дублювати окремі елементи і навіть окремі системи, тобто. використовувати резервування.

Резервування характерне тим, що воно дозволяє підвищити надійність системи в порівнянні з надійністю складових її елементів. Підвищення надійності окремо взятих елементів потребує великих матеріальних витрат.

У цих умовах резервування, наприклад, за рахунок введення додаткових елементів є ефективним засобом забезпечення необхідної надійності систем.

Якщо при послідовному з'єднанні елементів загальна надійність системи (тобто ймовірність безвідмовної роботи) нижче надійності найненадійнішого елемента, то при резервуванні загальна надійність системи може бути вищою за надійність самого надійного елемента.

Резервування здійснюється шляхом запровадження надмірності. Залежно від природи останньої резервування буває:

структурне (апаратне);

інформаційне;

Тимчасове.

Структурне резервуванняполягає в тому, що мінімально необхідний варіант системи, що складається з основних елементів, вводяться додаткові елементи, пристрої або навіть замість однієї системи передбачається використання декількох однакових систем.

Інформаційне резервуванняпередбачає використання надмірної інформації. Його найпростішим прикладом є багаторазова передача того самого повідомлення по каналу зв'язку. Іншим прикладом є коди, що застосовуються у керуючих ЕОМ для виявлення та виправлення помилок, що виникають в результаті збоїв та відмов апаратури.

Тимчасове резервуванняпередбачає використання надлишкового часу. Відновлення перерваного внаслідок відмови функціонування системи відбувається шляхом її відновлення, якщо є певний запас часу.

Існують два методи підвищення надійності систем шляхом структурного резервування:

1) загальне резервування, у якому резервується система загалом;

2) роздільне (поелементне) резервування, у якому резервуються окремі частини (елементи) системи.

Схеми загального та роздільного структурного резервування представлені відповідно на рис. 5.3 та 5.4, де n – число послідовних елементів у ланцюзі, m – число резервних ланцюгів (при загальному резервуванні) або резервних елементів для кожного основного (при роздільному резервуванні).

При m = 1 має місце дублювання, а за m=2 – троювання. Зазвичай прагнуть наскільки можна застосовувати роздільне резервування, т.к. при цьому виграш у надійності часто досягається значно меншими витратами, ніж при загальному резервуванні.

Залежно від способу включення резервних елементів розрізняють постійне резервування, резервування заміщенням та ковзне резервування.

Постійне резервування –це таке резервування, у якому резервні елементи беруть участь у роботі об'єкту нарівні з основними. У разі відмови основного елемента не потрібно спеціальних пристроїв, які вводять у дію резервний елемент, оскільки він входить у роботу одночасно з основним.

Резервування заміщенням –це таке резервування, у якому функції основного елемента передаються резервному лише після відмови основного. При резервуванні заміщенням необхідні контролюючі та перемикаючі пристрої для виявлення факту відмови основного елемента та перемикання з основного на резервний.

Ковзне резервування –являє собою різновид резервування заміщенням, при якому основні елементи об'єкта резервуються елементами, кожен з яких може замінити будь-який елемент, що відмовив.

Обидва види резервування (постійне та заміщенням) мають свої переваги та недоліки.

Перевагою постійного резервування є простота, т.к. в цьому випадку не потрібні контролюючі та перемикаючі пристрої, що знижують надійність системи в цілому, і, найголовніше, відсутня перерва в роботі. Недоліком постійного резервування є порушення режиму роботи резервних елементів у разі відмови основних.

Включення резерву заміщенням має таку перевагу: не порушує режиму роботи резервних елементів, зберігає переважно надійність резервних елементів, дозволяє використовувати один резервний елемент кілька робочих (при ковзному резервуванні).

Залежно від режиму роботи резервних елементів розрізняють навантажений (гарячий) та ненавантажений (холодний) резерв.

Навантажений (гарячий) резервв енергетиці називають також обертовим або включеним. У цьому режимі резервний елемент перебуває у тому режимі, як і основний. Ресурс резервних елементів починає витрачатися з моменту включення в роботу всієї системи та ймовірність безвідмовної роботи резервних елементів у цьому випадку не залежить від того, в який час вони включаються в роботу.

Полегшений (теплий) резервхарактеризується тим, що резервний елемент перебуває у менш навантаженому режимі, ніж основний. Тому, хоча ресурс резервних елементів також починає витрачатися з моменту включення всієї системи в цілому, інтенсивність витрати ресурсу резервних елементів до моменту їх включення замість тих, хто відмовив значно нижче, ніж у робочих умовах. Цей вид резерву зазвичай розміщується на агрегатах, що працюють на холостому ході, і, отже, в даному випадку ресурс резервних елементів спрацьовується менше

проти робочими умовами, коли агрегати несуть навантаження. Імовірність безвідмовної роботи резервних елементів у разі цього виду резерву залежатиме як від моменту їхнього включення в роботу, так і від того, наскільки відрізняються закони розподілу ймовірності безвідмовної роботи їх у робочому та резервному умовах.

В разі ненавантаженого (холодного) резервурезервні елементи починають витрачати свій ресурс із моменту їх включення у роботу замість основних. В енергетиці цим видом резерву є зазвичай відключені агрегати.

Розрахунки надійності систем із паралельно включеними елементами залежать від способу резервування.

Надійність систем при постійному загальному резервуванні

Вважатимемо, що резервовані і резервні елементи рівнонадійні, тобто. та . Для зручності ймовірності безвідмовної роботи та появи відмов окремих елементів позначаємо у цій і наступних розділах великими літерами.

З урахуванням схеми заміщення (рис. 5.5) та формули (5.18) ймовірність відмови системи з m резервними ланцюгами можна розрахувати наступним чином:

, (5.22)

де (t) – ймовірність відмови основного ланцюга, – ймовірність відмови i-го резервного ланцюга.

Відповідно ймовірність безвідмовної роботи системи

(5.23)

Відповідно до формули (5.8) маємо

(5.24)

При однакових ймовірностях відмов основного та резервного ланцюгів формули (5.22) і (5.23) набувають вигляду:

, (5.25)

. (5.26)

Середній час безвідмовної роботи системи при загальному резервуванні

(5.27)

де – інтенсивність відмов системи, – інтенсивність відмов будь-якого з (m+1) ланцюгів, – інтенсивність відмов i-го елемента.

Для системи з двох паралельних кіл (m=1) формула (5.27) набуває вигляду

Середній час відновлення системи у випадку визначається за формулою

, (5.29)

де – середній час відновлення i-го ланцюга.

Для окремого випадку m = 1 формула (5.29) набуває вигляду

Приклад 5.2

Розрахувати ймовірність безвідмовної роботи протягом 3 місяців, інтенсивність відмов, середнє напрацювання на відмову одноланцюгової ПЛ завдовжки l= 35 км разом із понижувальним трансформатором 110/10 кВ та комутаційною апаратурою (рис. 5.6).

Схема заміщення за надійністю розглянутої СЕС є послідовною структурою (рис. 5.7).

Інтенсивність відмов елементів взято з табл. 3.2:

; ;

; ;

; .

Відповідно до формули (5.7) визначаємо інтенсивність відмов схеми харчування:

Цей розрахунок показує, що домінуючий вплив на вихід схеми з ладу надає пошкодження повітряної лінії. Середнє напрацювання на відмову схеми харчування

Можливість безвідмовної роботи схеми протягом t = 0,25 рік.

Відповідно до ГОСТ 27.002 - 89 резервування називається застосування додаткових коштів та (або) можливостей з метою збереження працездатного стану об'єкта при відмові одного або декількох його елементів. Таким чином, резервування – це ефективний метод підвищення надійності об'єкта шляхом введення надмірності. У свою чергу, надмірність – це додаткові засоби та (або) можливості, надмінімально необхідні для виконання об'єктом заданих функцій. Введенням надмірності забезпечується нормальне функціонування об'єкта після виникнення відмови у його елементах.

Методи резервування поділяють за видом резервування, способом з'єднання елементів, кратності резервування, способом включення резерву, режиму його роботи та відновлюваності (рис. 7.1).

До додаткових засобів і можливостей при резервуванні відносяться елементи, введені в структуру системи як резервні, функціональні та інформаційні засоби та можливості, використання надлишку часу та запасів здатності навантаження. На кшталт додаткових коштів розрізняють такі види резервування.

Функціональне резервування - це резервування, у якому задана функція може виконуватися у різний спосіб і технічними засобами. Наприклад, для здійснення функції передачі в АСУ можуть використовуватися радіоканали, телеграф, телефон та інші засоби зв'язку; тому в даному випадку звичайні усереднені показники надійності (середнє напрацювання на відмову, ймовірність безвідмовної роботи тощо) стають малоінформативними і недостатньо придатними. Найбільш прийнятними для оцінки функціональної надійності є можливість виконання цієї функції, середній час виконання функції, коефіцієнт готовності до виконання цієї функції.

Інформаційне резервування - це резервування із застосуванням надмірності інформації. Прикладами такого резервування є: багаторазова передача того самого повідомлення по каналу зв'язку; застосування при передачі інформації каналами зв'язку різних кодів, що виявляють і виправляють помилки, які з'являються в результаті відмов апаратури та впливу перешкод; введення надлишкових інформаційних символів при обробці, передачі та відображенні інформації. Надлишок інформації дозволяє в тій чи іншій мірі компенсувати спотворення інформації, що передається, або усувати їх.

Тимчасове резервування пов'язані з використанням резервів часу. При цьому передбачається, що на виконання об'єктом необхідної роботи відводиться час, який свідомо більший за мінімально необхідний. Резерви часу можуть створюватися з допомогою підвищення продуктивності об'єкта, інерційності його елементів тощо.

Навантажувальне резервування - це резервування із застосуванням навантажувальних резервів. Воно полягає у забезпеченні оптимальних запасів здатності елементів витримувати навантаження, що діють на них, або у введенні в систему додаткових захисних або розвантажувальних елементів для захисту деяких основних елементів системи від діючих на них навантажень.

Зазначені види резервування можуть бути застосовані або до системи в цілому або до її окремих елементів або їх груп. У першому випадку резервування називається загальним, у другому - роздільним. Поєднання різних видів резервування називається змішаним.

За способом включення резерву розрізняють постійне та динамічне резервування.

Постійне резервування здійснюється без перебудови структури системи у разі відмови її елемента. Для такого типу резервування характерно те, що у разі відмови основного елемента не потрібно спеціальних пристроїв, що вводять у дію резервний елемент, а також перерв у роботі (рис. 7.2 та 7.3).

Динамічне резервування здійснюється з перебудовою структури системи у разі відмови її елемента.

Постійне резервування являє собою паралельне або послідовне з'єднання елементів без використання пристроїв, що перемикають; при динамічному резервуванні потрібні перемикачі пристрої, що реагують на відмови елементів.

Часто динамічне резервування є резервування заміщенням, при якому функції основного елемента у разі його відмови передаються резервному. Резервування з включенням резерву заміщенням (рис. 7.4 та 7.5) має наступні переваги:

Не порушує режим роботи резерву;

Зберігає переважно надійність резервних елементів, оскільки під час роботи основних елементів перебувають у неробочому стані;

Дозволяє використовувати резервний елемент у ланцюгах на кілька основних елементів.

Істотним недоліком резервування заміщенням є необхідність наявності пристроїв, що перемикають. При роздільному резервуванні кількість перемикаючих пристроїв дорівнює кількості основних елементів, що може значно знизити надійність всієї системи. Тому резервувати заміщенням доцільно великі вузли або всю систему, при цьому надійність пристроїв, що перемикають, повинна бути досить високою.

Поширеним видом резервування заміщенням є ковзне резервування, при якому група основних елементів системи резервується одним або декількома резервними елементами, кожен з яких може замінити будь-який основний елемент, що відмовив в даній групі (рис. 7.6).

Залежно від режиму роботи резервних елементів до відмови основного елемента розрізняють такі види резерву:

Навантажений (один або кілька резервних елементів перебувають у режимі основного елемента);

Полегшений (один або кілька резервних елементів перебувають у менш навантаженому режимі, ніж основний елемент);

Ненавантажений (один або кілька резервних елементів знаходяться в ненавантаженому режимі до початку виконання ними функцій основного елемента).

У системах управління широко застосовується мажоритарне резервування (з використанням голосування). Цей спосіб ґрунтується на застосуванні додаткового елемента, званого мажоритарним або логічним (рис. 7.7). Завдяки цьому елементу можна порівнювати сигнали, що надходять від елементів, що виконують ту саму функцію. Якщо результати порівняння збігаються, вони передаються на вихід пристрою.

На рис. 7.7 зображено мажоритарне резервування за принципом «2 з 3», тобто будь-які два збігаються результати з трьох вважаються істинними і проходять на вихід пристрою. За таким принципом побудовано багато схем підсистем систем управління та захисту (СУЗ). Головна перевага мажоритарного резервування - забезпечення підвищення надійності за будь-яких видів відмов елементів та підвищення достовірності інформаційно-логічних об'єктів.

Резервні елементи розрізняються за рівнем надійності. Елементи навантаженого резерву мають той самий рівень надійності (безвідмовності, довговічності і збереження), що й основні елементи об'єкта, що ними резервуються, оскільки ресурс резервних елементів витрачається так само, як і основних. Елементи полегшеного резерву мають більш високий рівень надійності, оскільки інтенсивність витрати ресурсу резервних елементів досі включення їх замість елементів значно нижче, ніж в основних. При ненавантаженому резерві ресурс резервних елементів починає витрачатися практично тільки з моменту включення їх замість елементів, що відмовили.

За способом резервування об'єкта (елемента об'єкта) розрізняють резервування загальне та роздільне. При загальному резервуванні об'єкт резервується в цілому, замість одного об'єкта передбачається одночасна експлуатація двох або більше об'єктів, однотипних або аналогічних за функціями, що виконуються. Цей спосіб досить простий; він широко застосовується при резервуванні найвідповідальніших систем. При роздільному резервуванні резервуються окремі елементи об'єкта чи групи елементів, зазвичай вбудовані в об'єкт; окремо можуть резервуватися як окремі елементи системи, і досить великі її частини (блоки).

Динамічне резервування може бути роздільним і загальним, дозволяє використовувати резервні елементи у навантаженому, а й у полегшеному і ненавантаженому резерві, що, своєю чергою, дозволяє зберегти ресурс резервних елементів, підвищити надійність електричної системи загалом і зменшити витрата енергії.

При резервуванні заміщенням може бути використане ковзне резервування, що забезпечує необхідну надійність системи за малих витрат і незначне збільшення її маси та габаритів. До недоліків динамічного резервування заміщенням слід віднести необхідність використання перемикаючих пристроїв, перерв у роботі при переході на резервні елементи, а також системи пошуку елемента або блоку, що відмовив, що знижує надійність всієї резервованої системи. Цей спосіб доцільно застосовувати для резервування великих функціональних вузлів і блоків складних електричних систем.

Постійне резервування, що передбачає постійне з'єднання резервних елементів з основними, відрізняється простотою. При такому вигляді резервування не потрібні пристрої, що перемикають. У разі відмови основного елемента система продовжує працювати нормально без перерви та перемикань. До недоліків постійного резервування відноситься підвищена витрата ресурсу резервних елементів і зміна параметрів вузла, що резервується при відмові елементів. Такий тип резервування застосовується у відповідальних системах, для яких неприпустима навіть короткочасна перерва в роботі, а також при резервуванні щодо дрібних елементів - вузлів, блоків та елементів електронної техніки СА (резисторів, конденсаторів, діодів тощо).

Резервування радіоелементів, що входять до блоку, відмова яких може призвести до особливо небезпечних наслідків, здійснюється з урахуванням можливості як коротких замикань, так і обривів елементів. Резервування при обривах елементів виконують їх паралельним з'єднанням, при коротких замиканнях - послідовним з'єднанням, вважаючи, що відбувається відмова елемента, але ланцюг інших послідовно з'єднаних з ним елементів не порушується. Наприклад, постійне роздільне резервування діода з навантаженим резервом при відмові внаслідок короткого замикання (КЗ), обриву або КЗ та обриву здійснюється включенням резервних діодів відповідно послідовно, паралельно та послідовно-паралельно основному (рис. 7.8, а-в).

Загальне постійне резервування випрямляча VD завантаженим резервом виконується паралельним включенням резерву; діоди в цьому випадку використовуються для запобігання протіканню струму резервного випрямляча через вихідний ланцюг випрямляча, що відмовив (рис. 7.9).

Загальне резервування випрямляча ненавантаженим резервом здійснюється за допомогою перемикача П, який отримує сигнал про відмову і подає керуючий сигнал YC на перемикач QW на відключення випрямляча, що відмовив, і включення резервного (рис. 7.10).

Постійне резервування може бути здійснено шляхом паралельного або послідовного підключення до основного елемента (системи) одного або декількох резервних, що виконують однакові з основним елементом (системою) функції. Таке резервування використовують, наприклад, при паралельній роботі обчислювальних машин, блоків СА, резисторів, а також при послідовному включенні діодів, контактів, що розмикають, конденсаторів і т. д. На рис. 7.11 наведено кілька варіантів резервування конденсаторів.

Наслідками відмови елементів при постійному резервуванні в граничних випадках може бути коротке замикання або обрив одного або кількох елементів, що має враховуватись при проектуванні системи. Для запобігання цим негативним явищам вводяться обмежуючі опори, включаються розділові трансформатори, а також збільшуються допуски окремих параметрів системи та ін.

В даний час для оцінки надійності системи використовується такий критерій: система вважається абсолютно надійною, якщо відмова одного елемента не призводить до відмови всієї системи. Реалізація цього критерію практично здійснюється шляхом поэлементного чи побочного резервування.

Властивості різних видів резервування можна виявити, проаналізувавши виграш надійності системи за основними кількісними характеристиками. Оцінимо ефективність різних способів резервування, прийнявши за критерії якості ймовірність і середнє напрацювання вщент і зробивши такі спрощувальні припущення:

Усі елементи системи мають рівну надійність;

Потік відмов елементів є найпростішим;

Кратність резервування всіх елементів однакова.

Якщо при прийнятих припущеннях ймовірність і середнє напрацювання до відмови нерезервованої системи виражається формулами:

то виграш надійності резервованої системи порівняно з нерезервованою дорівнюватиме:

З аналізу рис. 7.12-7.14 можна зробити такі важливі висновки про властивості резервування.

1. Незалежно від інтенсивності відмов нерезервованої системи, інтенсивність відмов резервованої системи завжди починається з нуля. У міру збільшення часу експлуатації системи інтенсивність відмов резервованої системи асимптотично прагне інтенсивності відмов нерезервованої системи. При резервуванні з дробовою кратністю інтенсивність відмов резервованої системи при певних значеннях /може бути більше інтенсивності відмов нерезервованої системи. Це означає, що система, до якої застосовано резервування з дробовою кратністю, може бути менш надійною, ніж нерезервована.

2. З рис. 7.15 видно, що є таке критичне значення часу роботи р, вище якого резервування з дробовою кратністю недоцільно.

3. Виграш надійності за ймовірністю відмови тим більше, чим менше інтенсивність відмов нерезервованої системи, тобто чим надійніша система резервується. Це основне протиріччя резервування взагалі. Воно призводить до того, що підвищення надійності систем тривалого використання необхідна висока кратність резервування.

4. При будь-якому резервуванні, крім ковзного, значне збільшення маси системи призводить до менш значного збільшення середнього напрацювання до відмови.