Уточненный расчет (с учетом условий эксплуатации)

 

При проведении уточненного расчета надежности с учетом условий эксплуатации необходимо учитывать воздействия внешней среды, в которой функционирует БУ и З (температура, влажность, давление, вибрация, запыленность и т.п.), а также особенности энергетического режима работы самого БУ и З (выделяемой элементами БУ и З тепловой энергии, величин электромагнитных нагрузок, механических напряжений и т.п.). Степень влияния различных факторов условий эксплуатации на показатели надежности различна. При приближенных расчетах учет влияния условий эксплуатации на надежность работы БУ и З производят путем введения следующих показателей:

температура поверхности элемента t°;

коэффициент внешних условий k_э, суммарно учитывающий остальные внешние условия эксплуатации;

коэффициент нагрузки элемента k_н, представляющий отношение фактических значений нагрузки к номинальным.

Параметры электрических нагрузок для различных элементов БУ и З различны. Так, для резисторов параметром нагрузки является мощность рассеивания; для конденсаторов – рабочее напряжение; для полупроводниковых диодов - выпрямленный ток и обратное напряжение; для транзисторов – суммарная мощность рассеивания на переходах в непрерывном и импульсном режимах; для трансформаторов – мощность первичной обмотки; для дросселей – плотность тока в обмотках; для электрических машин – рабочая мощность; для пускателей, переключателей, штепсельных разъемов – ток, протекающий через контакты; для реле – ток через контакты и время нахождения обмотки под напряжением. Поэтому при расчете показателей надежности БУ и З с учетом условий эксплуатации следует различать коэффициент нагрузки по току , коэффициент нагрузки по напряжению и коэффициент нагрузки по мощности .

 

Таблица 1.3 – Коэффициенты нагрузки электротехнических устройств

Наименование элемента	Коэффициент нагрузки	Рекомендуемое значение
Диоды Дроссели Конденсаторы Коммутационные элементы Резисторы Реле, контакторов, магнитные пускатели Транзисторы, интегральные микросхемы Трансформаторы силовые Трансформаторы вращающиеся Электрические машины	kнi, kнv kнi kнv kнi kнw kнi kнw kнw kнv kнw	0,7 0,9 0,85 0,9 0,8 0,8 0,85 0,9 0,95 0,9

 

Результирующее значение интенсивности отказов элементов БУ и З с учетом условий эксплуатации l_jэ можно определить по формуле:

 

 

при температуре t₁˚=40˚С внутри блока управления и защиты:

 

для силового трансформатора:

для штепсельного разъема:

для контактора трехполюсного:

для реле электромагнитного (три контактные группы):

для реле пневматического (две контактные группы):

для конденсатора электролитического:

для конденсатора слюдяного:

для резистора металлопленочного:

для резистора проволочного:

для транзистора германиевого:

для транзистора кремниевого:

для диода кремниевого:

для интегральной микросхемы:

для дросселя:

 

при температуре t₂˚=50˚С внутри блока управления и защиты:

 

для силового трансформатора:

для штепсельного разъема:

для контактора трехполюсного:

для реле электромагнитного (три контактные группы):

для реле пневматического (две контактные группы):

для конденсатора электролитического:

для конденсатора слюдяного:

для резистора металлопленочного:

для резистора проволочного:

для транзистора германиевого:

для транзистора кремниевого:

для диода кремниевого:

для интегральной микросхемы:

для дросселя:

 

при температуре t₃˚=60˚С внутри блока управления и защиты:

 

для силового трансформатора:

для штепсельного разъема:

для контактора трехполюсного:

для реле электромагнитного (три контактные группы):

для реле пневматического (две контактные группы):

для конденсатора электролитического:

для конденсатора слюдяного:

для резистора металлопленочного:

для резистора проволочного:

для транзистора германиевого:

для транзистора кремниевого:

для диода кремниевого:

для интегральной микросхемы:

для дросселя:

 

Значения коэффициента, учитывающего условия эксплуатации  для элементов БУ и З в зависимости от коэффициента нагрузки и температуры элементов определены по зависимостям представленным на Рисунке 1.2 - Семейство кривых .

Суммарная интенсивность отказов Sl_jэ и интенсивность отказов всего БУ и З, с учетом условий эксплуатации l_sэ определяется по формуле:

 

для 40°С:

для 50°С:

для 60°С:

 

Рассчитываем результирующую вероятность безотказной работы Р_э(t) и среднее время безотказной работы  для Т_ср.э БУ и З по формулам:

 

для 40°С:

для 50°С:

для 60°С:

 

Результаты расчета всех параметров элементов блока управления и защиты приведены в Таблице 1.3 – Результаты расчета.

Температурные зависимости  и представлены на рисунке 1.1 - Зависимость результирующей интенсивности отказа а) и результирующей вероятности безотказной работы б) БУ и З от температуры.

Расчет надежности анализируемого блока управления и защиты  с учетом условий эксплуатации показал, что результирующая вероятность безотказной работы всей системы уменьшается при увеличении температуры элементов и вследствие влияния условий окружающей среды. Для увеличения вероятности безотказной работы системы рекомендуется уменьшить влияние окружающей среды на элементы системы, увеличив герметичность оболочек элементов, а также недопущение  перегрева элементов путем применения более лучших систем охлаждения.

 

а)

б)

Рисунок 1.1 - Зависимость результирующей интенсивности отказа а) и результирующей вероятности безотказной работы б) БУ и З от температуры

а)                                                              б)

 

в)                                                              г)

д)                                                              е)

ж)                                                              з)

и)                                                              к)

Рисунок 1.2 - Семейство кривых  для слюдяных б) и электролитических а) конденсаторов; трансформаторов и дросселе в); штепсельных разъемов г); магнитных пускателей, контакторов, мощных реле д); металлопленочных резисторов е); проволочных резисторов ж); кремниевых диодов з); кремниевых транзисторов и); интегральных микросхем и германиевых транзисторов к).

 

ВЫВОДЫ

 

Уточненный расчет показал, что значения результирующей вероятности безотказной работы и интенсивности отказов системы с учетом эксплуатации и без них различны в несколько раз. Это является следствием сделанных при ориентировочном расчете допущений: анализируемое изделие структурно является последовательным; условия эксплуатации не учитываются; отказы элементов независимы; модели отказов любых элементов изделия полагаются экспоненциальными. Надежность всех объектов также зависит от коэффициента нагрузки, чем он больше, тем надежность объекта меньше. Решить эту проблему можно либо путем уменьшения коэффициента нагрузки для этого же объекта, либо заменой этого объекта объектом большей мощности при том же коэффициенте нагрузки, но это сопряжено с увеличением экономических затрат, объемов, веса, габаритов, затрат электроэнергии. Поэтому находят такую структуру, которая в условиях экономических ограничений обладает наибольшей надежностью, или находят такой вариант структуры, для которого при ограничении на надежность стоимость затрат наименьшая.

 

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

 

1. Сборник задач по теории надежности /А.Н. Половко, И.М. Маликов.-М: Сов. Радио, 1972.-408 с., ил.

2. Певзнер Л.Д. Надежность горного электрооборудования и технических средств шахтной автоматики. – М.: Недра, 1983. – 198 с., ил.

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: