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Degree project in

Reliability centered asset management tool

The development of RACalc

Claes Böös and Richard Göransson

Stockholm, Sweden 2009

XR-EE-ETK 2009:003

Electromagnetic Engineering Second Level, 30.0 HEC

I 

Abstract  Electrical distribution with high delivery quality is crucial for the society. The need for high quality  power supply grows as people put more trust in electrical devices. However there are no perfect  electrical distribution systems and interruptions occur randomly. To reduce the risk of outage,  actions can be taken by the distribution system operator in the form of preventive maintenance. This  report presents some of the methods for analysis that are available for the asset manager. The  methods are all connected to the area of reliability centered asset management and have been  implemented in RACalc, a software tool. RACalc is able to analyze the provided electrical distribution  system and point out on which components maintenance should be placed to enhance the total  system performance. Depending on what properties the distribution system operator wants to  enhance, different components need to be maintained. RACalc provides the answer in relation to the  system performance indices SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASAI and AENS. The calculations have been validated  by building small scale systems in RACalc and comparing results with hand made calculations.  

As illustrated in this report a significant theoretical improvement of the overall reliability can be  achieved. By using RACalc to categorize the importance of the components in the electrical  distribution system a better placement of the assets can be achieved. In the report, the results of the  component importance calculation have been restricted to the twenty most significant components  of the analyzed distribution systems. Furthermore, an investigation of the theoretical improvement  of the overall system availability is conducted. It is shown that by reducing the failure rate on the  twenty most important components found by RACalc with ten percent, the total system performance  is improved by almost eight percent in average. 

II 

III 

Acknowledgements  We want  to  thank our examiner at  the Royal  institute of Technology Patrik Hilber  for support and  friendship  during  the  project.  He  has  been  a  supreme  source  of  knowledge,  tossing  challenging  questions and donating great ideas to the project.  

Furthermore we really appreciate the support and friendship given by Carl Johan Wallnerström and  Johan Setréus, both co‐supervisors at the Royal Institute of Technology for letting us disturb them in  their mental blacksmith –Time after time after time.  

Special  thanks go  to Hans Reidemar and Mikael Eriksson,  supervisors at  the distribution company,  Sandviken Energi Elnät AB. They both gave information which enabled us to conduct a pre study that  gave data for simulations made by the developed tool. 

Finally, deepest  appreciation  to both of our  families  for  support,  love  and  encouragement during  demanding times. 

Claes Böös & Richard Göransson  Stockholm, February 2009 

Table of contents  1  Introduction..................................................................................................................................... 1 

1.1  Background.............................................................................................................................. 1 

1.2  Problem ................................................................................................................................... 3 

1.3  Assumptions and delimitations ............................................................................................... 5 

1.4  Definitions ............................................................................................................................... 6 

2  Theory............................................................................................................................................ 10 

2.1  Basic factors........................................................................................................................... 10 

2.2  Sustained interruption indices .............................................................................................. 10 

3  Logics of RACalc............................................................................................................................. 20 

3.1  Introduction........................................................................................................................... 20 

3.2  Finding the critical structure paths ....................................................................................... 21 

3.3  Categorization of components .............................................................................................. 25 

3.4  Implementation of system reliability indices in RACalc ........................................................ 30 

3.5  Implemented simulations...................................................................................................... 32 

4  Analysis.......................................................................................................................................... 38 

4.1  Pre study................................................................................................................................ 38 

4.2  Using RACalc to optimize asset management...........................Error! Bookmark not defined. 

4.3  Using RACalc to improve asset management ....................................................................... 46 

4.4  Validation of RACalc .............................................................................................................. 61 

5  Case study ..................................................................................................................................... 62 

5.1  Introduction........................................................................................................................... 62 

5.2  Analyzed systems in case study............................................................................................. 63 

6  Closure........................................................................................................................................... 74 

6.1  Conclusion ............................................................................................................................. 74 

6.2  Future work ........................................................................................................................... 74 

References............................................................................................................................................. 76 

Appendix................................................................................................................................................ 77 

A.  Basis for block diagram (ÄT34), taken from pre study. ................................................................................ 77 

B.  Components to be maintained according to RACalc (ÄT34) ........................................................................ 77 

C.  Basis for block diagram (MT8), taken from pre study. ................................................................................. 77 

D.  Components to be maintained according to RACalc (MT8) ......................................................................... 77 

E.  Basis for block diagram (MT10), taken from pre study. ............................................................................... 77 

F.  Components to be maintained according to RACalc (MT10) ....................................................................... 77 

G.  Graphs obtained from calculations .............................................................................................................. 77 

      1. Introduction      Page 1 

1 Introduction  Electrical distribution with high delivery quality is crucial for the society. The need for a high quality  power supply grows as people put more trust in electrical devices. However there are no perfect  electrical distribution systems and interrupts occur randomly. Interruptions can be caused by falling  trees that short circuit two phases of an overhead line or by interference from for example  constructions sites. To reduce the risk of outage, maintenance actions can be taken by the  distribution system ope