Fiabilitat dels productes i dispositius elèctrics

Entre les propietats que determinen la qualitat d'un producte elèctric, un lloc especial ocupa la fiabilitat: la capacitat del producte per realitzar les seves funcions, mantenint els valors dels indicadors de qualitat sense canvis al llarg del temps o dins de límits predeterminats.

Producte elèctric: producte destinat a la producció o conversió, transmissió, distribució o consum d'energia elèctrica (GOST 18311-80).

Qualsevol producte o dispositiu elèctric pot trobar-se en un dels estats següents:

• dret

• defectuós,

• treball

• no treballant

• limitant.

Un producte que està en bon estat de funcionament també funciona, però un producte que funciona no és necessàriament un bon producte. Per exemple, els danys a la carcassa del generador (bonyes, rascades, defectes a la superfície pintada, etc.) fan que el generador sigui inoperable, però al mateix temps segueix sent funcional.

Per regla general, l'estat de funcionament del producte està determinat per la llista de paràmetres especificats a la documentació i els límits permesos per al seu canvi. La pèrdua de productivitat s'anomena rebuig.

Els motius de la fallada poden ser tant la superació del nivell admissible d'influències externes com els defectes del producte... Recordeu que no tots els defectes condueixen a fallades. La fallada d'un producte s'avalua per l'aparició de soroll, l'aparició de l'olor d'aïllament cremat i materials impregnants, sobreescalfament, un canvi en les lectures dels dispositius i instruments de control, etc.

Per la seva naturalesa, tots els defectes i danys poden ser:

• elèctrica

• mecànica

L'electricitat inclou contactes trencats, curtcircuits, circuits oberts, errors de connexió, etc.

Els defectes mecànics són mal funcionament en el muntatge d'elements, sistemes de transmissió des de servomotors fins a comandaments, actuadors, parts mòbils de relés i contactors, etc.

Pel que fa a les regles, mètodes i mitjans de control, els defectes es divideixen en:

• explícitament, per a la detecció de la qual la documentació proporciona regles, mètodes o controls,

• ocults als quals no estan destinats.

Per exemple, si la qualitat d'una peça només es controla mesurant les seves dimensions geomètriques, aleshores la desviació d'aquestes dimensions de la tolerància serà un defecte evident. Al mateix temps, poden existir esquerdes i buits a l'interior de la peça que no es poden detectar en mesurar les dimensions de la peça. Amb el mètode de control adoptat, aquests defectes quedaran ocults. Per detectar defectes ocults, s'utilitzen altres regles, mètodes i mitjans de control, que no estan previstos a la documentació d'aquest producte, en particular, es poden detectar buits i esquerdes mitjançant un examen de raigs X.

El mal funcionament es pot produir per diferents motius, però si no estan relacionats amb el mal funcionament d'altres elements, s'anomenen independents.La fallada derivada d'una altra fallada es considera dependent (per exemple, la fallada d'un transistor després de la desconnexió de la seva base al circuit).

Normalment, la fiabilitat s'associa amb l'absència de fallades, és a dir, amb la seva fiabilitat.

En general, la fiabilitat inclou, a més de la fiabilitat, propietats com ara la durabilitat, el manteniment, la conservació... Se sol anomenar avaluació quantitativa de les propietats incloses en els indicadors de fiabilitat... La principal diferència entre els indicadors de fiabilitat i altres indicadors és que, independentment de la dimensió, totes són característiques no aleatòries de variables aleatòries.

Expliquem el contingut d'aquesta propietat com a fiabilitat, expressat per l'indicador «probabilitat de funcionament sense errors». Suposem que en el temps t = 0, n productes similars participen simultàniament en el treball. Després d'un interval de temps Δt = t, hi haurà m productes per servir. Aleshores, la probabilitat d'un funcionament sense avaria en el temps t — P (t) es pot definir com la relació de m — el nombre de productes que funcionen en el temps t amb el nombre total de productes n, és a dir.

En l'operació simultània de n productes, aquest punt de temps t1 es produeix quan falla el primer producte. En el temps t2, falla el segon producte. Amb un funcionament prou llarg, arribarà un moment en el temps tn en què fallarà l'últim dels n productes. Com que tn> … t2> t1, és impossible determinar de manera única el temps de funcionament d'un altre producte a partir del temps de funcionament d'un producte. Per tant, la durada del treball es determina com a valor mitjà

A partir del gràfic (Fig. 1), es pot veure que la probabilitat d'un funcionament sense avaria canvia amb el temps.En el moment inicial de temps, la probabilitat d'operació sense avaria P (t) = 1, i durant el temps mitjà d'operació sense avaria tcp, el valor de P (t) disminueix d'1 a 0,37.

Durant 5 tcp, gairebé tots els n productes fallaran i P(t) serà pràcticament zero.

Figura 1. Dependència de la probabilitat que el producte funcioni sense errors a temps

Arròs. 2. Dependència de la taxa de fallada dels productes en el temps

El dany del producte depèn del temps del seu funcionament. La probabilitat de fallada del producte en cada unitat de temps, si la fallada encara no s'ha produït, es caracteritza per la taxa de fallada i es denota amb λ (t). Aquest indicador s'anomena característica lambda. Es poden distingir tres períodes principals de canvi de λ al llarg del temps (Fig. 2): I-el període d'extinció que dura de 0 a tpr, II-el període de funcionament normal de tpr a tst, III - període d'envelliment de tst a ∞ …

En el període I, augmenta el grau de dany, cosa que s'explica per la presència en el producte d'elements amb defectes ocults, violacions dels processos tecnològics de producció de productes, etc. El període II es distingeix per la constància relativa de λ (t), que s'explica per l'absència d'envelliment dels elements. Després del final del període II, λ (t) augmenta bruscament a causa d'un augment del nombre d'elements que han fallat a causa de l'envelliment i el desgast. El funcionament del producte durant el període III esdevé poc pràctic econòmicament a causa del fort augment dels costos de reparació. Per tant, el període de temps abans de la prova determina la vida útil mitjana del producte abans de l'eliminació.

La taxa de fallada λ (t) i la probabilitat d'operació sense fallades P (t) del producte es relacionen entre si per la relació

Aquesta expressió s'anomena llei exponencial de la fiabilitat.

El valor dels indicadors de fiabilitat registrats a la documentació tècnica del producte s'ha de confirmar mitjançant proves especials de fiabilitat, modelant els processos de fallades aleatòries de dispositius especials, inclòs amb l'ajuda d'un ordinador o per càlcul. Cal tenir en compte que el mètode de càlcul s'utilitza en el disseny d'un producte gairebé sempre, independentment de si s'utilitzaran altres mètodes per confirmar la fiabilitat.

A l'hora de calcular la fiabilitat d'un producte, s'utilitzen indicadors tabulars de la fiabilitat dels elements inclosos en el producte, o bé dades obtingudes per qualsevol dels mètodes anteriors per a productes similars als dissenyats.

Dels mètodes de càlcul de fiabilitat coneguts, el més senzill és el mètode del coeficient, per al qual la taxa de dany λ (t) és constant al llarg del temps. Si cal, la influència dels modes de funcionament i les condicions de funcionament en la fiabilitat del producte es té en compte pels factors de correcció k1, k2,... kn

El grau de fallada d'un determinat element en condicions de funcionament reals λi es calcula mitjançant la fórmula

on λоi és el valor de la taula del grau de dany d'un element que funciona en condicions normals, k1 ... kn són coeficients de correcció en funció de diversos factors que influeixen.

A continuació es donen els valors del coeficient k1 en funció de la influència dels factors mecànics en diferents condicions de funcionament:

Condicions de funcionament Factor de correcció Laboratori 1,0 Impacient 1,07 Vaixell 1,37 Automòbil 1,46 Ferrocarril 1,54 Aeronau 1,65

El coeficient k2, en funció dels factors climàtics del medi, pot tenir els valors següents:

Temperatura Humitat Factor de correcció +30,0±10,0 65±5 1,0 +22,5±2,5 94±4 2,0 ​​+35,0±5,0 94±4 2,5

Els factors de correcció per a altres factors es poden trobar als manuals de fiabilitat.

Les proves especials de fiabilitat són el mètode principal per confirmar els indicadors de fiabilitat especificats a la documentació tècnica. Aquestes proves es realitzen periòdicament dins del període establert per les especificacions tècniques (TU) del producte, així com en cas de canvis en la tecnologia de producció del producte o canvis en components i materials, si aquests canvis poden afectar la fiabilitat. del producte. Les especificacions tècniques contenen un programa de proves de fiabilitat que conté, a més dels apartats previstos per les normes ESKD, un pla de proves.

Pla de prova: regles que determinen el nombre de productes a provar, el procediment de prova i les condicions per a la seva terminació.

El pla de proves més senzill és quan es posen a prova n productes similars simultàniament, els productes fallits no es substitueixen ni es reparen, les proves s'aturen després d'haver transcorregut un temps de prova predeterminat o després que cadascun dels productes operatius restants hagi funcionat durant un temps predeterminat.

Els indicadors de fiabilitat del producte també es poden determinar com a resultat de la recollida i el processament d'informació sobre el rendiment del producte durant el seu funcionament.Les formes de documents que són vàlides en diferents indústries difereixen entre elles, però independentment d'això, han de reflectir la informació següent:

• la durada total del producte,

• Condicions d'ús,

• la durada de l'operació del producte entre fallades,

• nombre i característiques dels danys,

• la durada de la reparació per eliminar un dany específic,

• tipus i quantitat de peces de recanvi utilitzades, etc.

Per tal d'obtenir indicadors fiables de fiabilitat del producte basats en dades operatives, la informació sobre fallades i defectes ha de ser contínua en el temps.