Надеждност на електрическите продукти и устройства

Сред свойствата, които определят качеството на електрически продукт, специално място заемат надеждност — свойството на продукта да изпълнява своите функции, като запазва стойностите на показателите за качество непроменени във времето или в предварително определени граници.

Електрически продукт — продукт, предназначен за производство или преобразуване, предаване, разпределение или потребление на електрическа енергия (ГОСТ 18311-80).

Всеки електрически продукт или устройство може да бъде в едно от следните състояния:

• изправен,

• дефектен,

• работещ,

• неработещ,

• ограничаващо.

Продукт, който е в добро работно състояние, в същото време работи, но работещият продукт не е непременно добър. Например, повредите на корпуса на генератора (вдлъбнатини, драскотини, дефекти в боядисаната повърхност и т.н.) правят генератора неизправен, но в същото време той остава функционален.

По правило работното състояние на продукта се определя от списъка с параметри, посочени в документацията, и допустимите граници за тяхната промяна. Загуба на производителност се нарича отхвърляне.

Причините за неуспеха могат да бъдат както превишаването на допустимото ниво на външни влияния, така и дефекти на продукта… Не забравяйте, че не всички дефекти водят до повреда. Отказът на даден продукт се оценява от появата на шум, появата на миризма на изгоряла изолация и импрегниращи материали, прегряване, промяна в показанията на контролните устройства и инструменти и др.

По своята същност всички дефекти и повреди могат да бъдат:

• електрически

• механични

Електрическите включват счупени контакти, къси съединения, отворени вериги, грешки във връзките и т.н.

Механичните дефекти са неизправности в монтажа на елементи, предавателни системи от сервомотори до органи за управление, задвижващи механизми, движещи се части на релета и контактори и др.

По отношение на правилата, методите и средствата за контрол дефектите се делят на:

• изрично, за откриването на което документацията предвижда правила, методи или контроли,

• скрити, за които не са предвидени.

Например, ако качеството на дадена част се контролира само чрез измерване на нейните геометрични размери, тогава отклонението на тези размери от допустимото отклонение ще бъде очевиден дефект. В същото време вътре в детайла могат да съществуват пукнатини и кухини, които не могат да бъдат открити при измерване на размерите на детайла. С приетия метод за контрол тези дефекти ще бъдат скрити. За откриване на скрити дефекти се използват други правила, методи и средства за контрол, които не са предвидени в документацията за този продукт, по-специално кухини и пукнатини могат да бъдат открити чрез рентгеново изследване.

Неизправностите могат да възникнат по различни причини, но ако не са свързани с неизправност на други елементи, тогава те се наричат ​​независими. Повреда в резултат на друга повреда се счита за зависима (например повреда на транзистор след прекъсване на връзката на неговата основа към веригата).

Обикновено надеждността се свързва с липсата на повреди, тоест с нейната надеждност.

В общия случай надеждността включва освен надеждност и такива свойства като дълготрайност, поддръжка, запазване… Обикновено се нарича количествена оценка на свойствата, включени в надеждността показатели за надеждност… Основната разлика между показателите за надеждност и другите показатели е, че независимо от измерението, всички те са неслучайни характеристики на случайни променливи.

Нека обясним съдържанието на такъв имот като надеждност, изразено с индикатора «вероятност за безотказна работа». Да предположим, че в момента t = 0, n подобни продукти са включени едновременно в работата. След интервал от време Δt = t, ще има m продукти за обслужване. Тогава вероятността за безотказна работа в момента t — P (t) може да се определи като съотношението на m — броя на продуктите, които работят в момента t към общия брой продукти n, т.е.

При едновременната работа на n продукта такъв момент от време t1 възниква, когато първият продукт се повреди. По времето на t2 вторият продукт се проваля. При достатъчно дълга работа ще дойде такъв момент от време tn, когато последният от n продуктите ще се провали. Тъй като tn> … t2> t1, е невъзможно еднозначно да се определи времето на работа на друг продукт от времето на работа на един продукт. Следователно продължителността на работа се определя като средна стойност

От графиката (фиг. 1) може да се види, че вероятността за работа без отказ се променя с течение на времето. В началния момент от време вероятността за безотказна работа P (t) = 1, а през средното време за безаварийна работа tcp, стойността на P (t) намалява от 1 на 0,37.

По време на 5 tcp почти всички n продукти ще се провалят и P (t) на практика ще бъде равно на нула.

Фигура 1. Зависимост на вероятността безотказна работа на продукта от времето

Ориз. 2. Зависимост на степента на неизправност на продуктите от времето

Повредите на продукта зависят от времето на неговата работа. Вероятността за повреда на продукта във всяка единица време, ако повредата все още не е настъпила, се характеризира с процент на неуспех и се обозначава с λ (t). Този индикатор се нарича ламбда характеристика. Могат да се разграничат три основни периода на λ промяна във времето (фиг. 2): I-периодът на изтичане с продължителност от 0 до tpr, II-периодът на нормална работа от tpr до tst, III — период на стареене от tst до ∞ …

В период I степента на повреда се увеличава, което се обяснява с наличието в продукта на елементи със скрити дефекти, нарушения на технологичните процеси на производство на продукти и др. Период II се отличава с относителното постоянство на λ (t), което се обяснява с липсата на стареене на елементите. След края на период II λ (t) рязко се увеличава поради увеличаване на броя на елементите, които са се повредили поради стареене и износване. Експлоатацията на продукта през период III става икономически непрактична поради рязкото увеличение на разходите за ремонт. Следователно периодът от време преди tst определя средния експлоатационен живот на продукта преди изхвърляне.

Степента на повреда λ (t) и вероятността за безотказна работа P (t) на продукта са свързани помежду си чрез съотношението

Този израз се нарича експоненциален закон на надеждността.

Стойността на показателите за надеждност, записани в техническата документация на продукта, трябва да бъде потвърдена чрез специални тестове за надеждност, чрез моделиране на процеси на случайни повреди на специални устройства, включително с помощта на компютър или чрез изчисление. Трябва да се отбележи, че методът на изчисление се използва при проектирането на продукт почти винаги, независимо от това дали ще се използват други методи за потвърждаване на надеждността.

При изчисляване на надеждността на даден продукт се използват или таблични показатели за надеждността на елементите, включени в продукта, или данни, получени по някой от горните методи за продукти, подобни на проектираните.

От известните методи за изчисляване на надеждността, най -простият е методът на коефициента, за който степента на повреда λ (t) е постоянна във времето. Ако е необходимо, влиянието на режимите на работа и условията на работа върху надеждността на продукта се взема предвид от корекционните коефициенти k1, k2,… kn

Степента на повреда на даден елемент в реални условия на работа λi се изчислява по формулата

където λоi е табличната стойност на степента на повреда на елемент, работещ при нормални условия, k1 … kn са корекционни коефициенти в зависимост от различни влияещи фактори.

Стойностите на коефициента k1 в зависимост от влиянието на механичните фактори при различни условия на работа са дадени по -долу:

Условия на експлоатация Корекционен фактор Лаборатория 1,0 Нетърпелив 1,07 Кораб 1,37 Автомобилни 1,46 Железопътна линия 1,54 Самолет 1,65

Коефициентът k2, в зависимост от климатичните фактори на околната среда, може да има следните стойности:

Температура Влажност Корекционен фактор +30,0±10,0 65±5 1,0 +22,5±2,5 94±4 2,0 +35,0±5,0 94±4 2,5

Корекционни фактори за други фактори могат да бъдат намерени в ръководствата за надеждност.

Специалните тестове за надеждност са основният метод за потвърждаване на показателите за надеждност, посочени в техническата документация. Такива изпитвания се извършват периодично в рамките на срока, установен от техническите спецификации (ТУ) за продукта, както и при промени в технологията на производство на продукта или промени в съставни части и материали, ако тези промени могат да повлияят на надеждността на продуктът. Техническите спецификации съдържат програма за тестове за надеждност, съдържаща, в допълнение към разделите, предвидени от стандартите ESKD, план за изпитване.

План за изпитване — правила, които определят броя на изпитваните продукти, процедурата за изпитване и условията за тяхното прекратяване.

Най -простият план за изпитване е, когато n подобни продукти се тестват едновременно, неуспешните продукти не се заменят или ремонтират, тестовете се спират или след изтичане на предварително определено време за изпитване, или след като всеки от останалите експлоатационни продукти е работил за предварително определено време.

Показателите за надеждност на продукта също могат да бъдат определени в резултат на събиране и обработка на информация за работата на продукта по време на неговата работа. Формите на документите, които са в сила в различните отрасли, се различават помежду си, но независимо от това, в тях трябва да се отразява следната информация:

• общата продължителност на продукта,

• условия за ползване,

• продължителността на работата на продукта между повредите,

• брой и характеристики на повредите,

• продължителността на ремонта за отстраняване на конкретна повреда,

• вид и количество използвани резервни части и др.

За да се получат надеждни показатели за надеждност на продукта въз основа на експлоатационни данни, информацията за повредите и дефектите трябва да бъде непрекъсната във времето.