Мощность, перспективы развития, назначение электроустановки и прочие факторы влияют на определение степени надежности электроснабжения. Способность системы электроснабжения и ее элементов выполнять поставленные задачи по обеспечению электрической энергией предприятий, бытовых потребителей, не приводящие к срыву плана производства, обесточиванию целых жилых кварталов городов и сел, а также не приводящие к авариям в технологических и электрических частях промышленных предприятий – это все характеризует надежность электроснабжения. Также она может быть охарактеризована ущербом, нанесенным при перерыве электропитания, продолжительностью ремонта, временем безотказной работы и другими факторами.

Основные факторы влияющие на надежность систем электроснабжения

Число отказов от нормальной работы в год определяет степень повреждаемости системы. Повреждаемость состоит из повреждаемости оборудования (электрические машины и аппараты, кабели, трансформаторы, бытовые устройства и системы), возникающей из-за ошибок обсуживающего персонала, нарушения правил эксплуатации устройств, наличие агрессивных сред на производстве, ошибок при проектировании и монтаже. При проведении расчетов надежности проектируемого объекта обязательно учитываются два ключевых фактора: безотказность системы и ее ремонтопригодность.

Непрерывная безотказная работа в течении какого-то промежутка времени при нормальных условиях эксплуатации называют безотказностью. Примером может послужить интенсивность отказов для установки, вероятность безотказной работы, но этот пример для не ремонтируемых устройств или заменяющихся после первого отказа. А наработка на отказ, количество отказов – это для ремонтируемых устройств. Среднее время безотказной работы за какой-то промежуток времени – это наработка на отказ.

Предупреждение, обнаружение и своевременное устранение неисправностей путем проведения технических обслуживаний и ремонтов – это ремонтопригодность. Примером ремонтопригодности может послужить среднее время восстановления, вероятность проведения ремонта в указанные сроки.

Режим работы, при котором возможно исчезновение напряжения питания (ввод резервного питания) не приводящие к расстройству технологических циклов и процессов, не приводят к значительному ущербу и возникновению опасности аварийных ситуаций называют бесперебойным питанием.

Обеспечение надежной работы электроприемников

Для обеспечения надежной работы ответственных потребителей электрической энергии при нормальных и послеаварийных режимах необходимо:

• Максимально уменьшить число и продолжительность перерывов в электроснабжении;
• Качество электроэнергии должно быть удовлетворительным, для обеспечения устойчивой работы ответственных агрегатов если режим электроснабжения нарушен;

Надежность систем электроснабжения, в первую очередь, определяется конструктивными и схемными решениями при построении данных систем. Также не последнюю роль в повышении надежности систем электроснабжения играет разумное использования резервных источников питания, надежность работы каждого элемента систем, в частности электрооборудования. К сожалению именно надежность электрооборудования является ключевым фактором при возникновении чрезвычайных происшествий. Эти факторы, к сожалению, в минимальной степени зависят от проектировщика. Наиболее оптимальное решение не может быть принято без хорошего знания и учета всех особенностей проектируемых предприятий.

Сравнение влияния перерывов в электроснабжении на производственный цикл промышленных предприятий

Как известно каждое производство имеет свои особенности технологических процессов. Брак продукции, порча электрооборудования, возникновения ситуаций угрожающих жизни и здоровью людей – это все возникает при перерыве в электроснабжении. Причем время перерыва может составлять до 30 минут на одних предприятиях, а на других 2-3 часа и более. Также отличие есть и во времени, необходимом для восстановления нормального производственного цикла после перерыва питания электроэнергией. Это время может колебаться от 5 минут до 2 часов, а иногда и более.

Некоторые производства после восстановления электропитания работают с пониженной производительностью (бумагоделательные машины) от нескольких часов до нескольких суток. Если происходит перерыв питания прокатного стана хотя-бы на 10-15 минут, это не приведет к массовому браку продукции, но из-за перерыва в работе стана нарушится технологический процесс. Слитки, подготовленные к прокату, за время останова остынут. Их необходимо подогреть, что приведет к финансовым затратам, а в плавильных печах необходимо поддерживать постоянную температуру даже на время простоя стана, что ведет дополнительным тратам на топливо. После восстановления напряжения питания прокатного стана необходимо не менее 1 часа для восстановления нормального технологического цикла.

Ниже приведен график зависимости восстановления технологического процесса на азотно-туковом заводе:

Где t э – время прерывания электроснабжения часов, t п – время восстановления нормального цикла производства. Как упоминалось выше, при перерыве подачи электроэнергии восстановления нормального цикла производства для каждого цеха может иметь разное время. Ниже приведен график зависимости восстановления технологического процесса на заводе по производству синтетического спирта и полиэтилена:

Где t э – время прерывания электроснабжения часов, t п – время восстановления нормального цикла производства, 1 – цех пиролиза, 2 – цех газораспределения, 3 – цех гидрации и ректификации спирта, 4 – цех полиэтилена низкого давления, 5 — цех полиэтилена высокого давления.

Также перерывы в подаче электрической энергии ведет к нарушению технологических процессов, что существенно влияет на выпуск продукции. Ниже приведен график изменения технологического параметра при перерыве электроснабжения:

Чтобы сохранить бесперебойную работу технологической установки необходимо не превышать продолжительность перерыва t пер. больше допустимого t доп.т. , с одной стороны и величину допустимую по условиям самозапуска (например приводного электродвигателя) t доп.э. :

Повышение надежности электроснабжения

Для повышения надежности электроснабжения необходимо изучить все возможные варианты систем электроснабжения. Учесть все возможные влияния на безотказную работу электрооборудования, проанализировать количество и технологические параметры приемников особой категории, изучить влияние агрессивных сред (при их наличии) на системы питания. Также при резервировании нужно учитывать время ввода резерва, чтобы избежать нарушений в технологических процессах и не создавать аварийных ситуаций. Немаловажную роль играет правильный выбор электрооборудования, а также при эксплуатации своевременное проведение ремонтов и обслуживания электрооборудования.

Страница 30 из 60

Основной показатель качества электрооборудования - его надежность работы в различных условиях эксплуатации. Надежность - это свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели (производительность, экономичность, расход электроэнергии и другие паспортное характеристики) в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.
Надежность - это комплексное свойство объекта, включающее в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и в значительной мере зависит от условий эксплуатации.
Безотказность - это свойство электроаппарата сохранять работоспособность в течение некоторого времени без вынужденных перерывов. Под работоспособностью в данном случае понимается состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в установленных документацией пределах. Понятие работоспособности уже понятия надежности. Например, электродвигатель, работающий в тяжелых условиях животноводческих ферм, работоспособен, но ненадежен и может выйти из строя в любой момент времени.
Долговечность - это свойство машины, агрегата сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние объекта определяется невозможностью его дальнейшей эксплуатации из-за непоправимого изменения заданных параметров, неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой и т. п.
Ремонтопригодность - это состояние объекта, при котором можно устранять повреждения и восстанавливать его технические параметры путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
Остановимся на определениях некоторых терминов, которые необходимы для перехода к оценке показателей надежности.
Неисправность - это состояние оборудования, при котором оно не соответствует хотя бы одному из технических требований.
Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Это частичная или полная утрата таких свойств, которые обеспечивают работоспособность объекта.
Наработка - продолжительность или объем работы, выполненной электроаппаратом.
Наработка на отказ - средняя продолжительность работы между отказами. Если наработка выражается в единицах времени, можно применять термин «Средняя продолжительность безотказной работы».
Ресурс - продолжительность работы изделия до наступления предельного состояния. Различают ресурс до первого ремонта, межремонтный и т. д.
Надежность работы электрооборудования может быть представлена показателями надежности. При определении надежности электрооборудования часто пользуются следующими количественными показателями:
время безотказной работы;
вероятность безотказной работы;
интенсивность отказов;
срок службы и межремонтный срок службы.
Время безотказной работы Т0 оценивается средним числом часов работы оборудования до первого отказа и может быть определено на основе статистических данных:

Где ti - время исправной работы i-го аппарата до первого отказа; п - общее число рассматриваемых отказов.
На практике более часто используется вероятность безотказной работы Р (t), заключающаяся в том, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки машина работает без отказа.
где &.N - число отказавших машин за время t, N0 - число испытуемых машин в начальный момент времени.

Для электродвигателей вероятность безотказной работы определяется по статистическим данным:
Интенсивность отказов представляет собой вероятность отказа перемонтируемой машины в единицу времени. Вероятность отказов определяют по статистическим данным:

где ДN - число машин, отказавших за время Дt; Д< - интервал времени наблюдения.
Срок службы - это продолжительность работы аппарата до момента возникновения предельного состояния, определяемого техническими условиями. Различают сроки службы до первого капитального ремонта, между ремонтами и т. п.
Межремонтный срок службы, или межремонтный ресурс, - наработка аппарата, прошедшего ремонт, до состояния, при котором он подлежит следующему очередному ремонту.
Надежность электрооборудования можно исследовать аналитически или при помощи статистического метода.
При аналитическом методе устанавливают функциональные связи между надежностью отдельных элементов и электродвигателя в целом, а также определяют влияние различных факторов на них. Затем при помощи математической модели электродвигателя и полученных функциональных связей определяют надежность электродвигателя для определенных условий.
Многообразие функциональных связей между элементами электродвигателя и его системой в целом, а также факторов, различно воздействующих на двигатель, затрудняет использование аналитического метода при исследовании надежности. Этот метод нашел применение при расчете надежности в стадии конструирования.
Эксплуатационная надежность зависит от качества активных и конструкционных материалов, используемых при изготовлении электроаппаратов, от качества изготовления и ремонта, от условий эксплуатации и определяется на основе статистических материалов наблюдения за работой аппарата в процессе эксплуатации.

Улучшение условий эксплуатации и повышение надежности работы электрооборудования.

В комплекс организационно-технических ме­роприятий, определенных действующей в от­расли системой ППР, входит: техническое обслуживание; текущие, средние и капитальные ремонты; профилактические испытания; модер­низация.

Важным мероприятием для надежной эксплу­атации крупных машин является первая реви­зия. Даже при самом высшем качестве изготов­ления машины скрытые дефекты обнаружива­ются лишь после работы машины в течение не­которого времени. Например, все применяемые изоляционные материалы усыхают, т. е. размеры изоляции постепенно уменьшаются. Усыхание изоляции происходит, прежде всего, в первый пе­риод эксплуатации вследствие нагрева и меха­нических нагрузок. Поэтому после 1-3 лет ра­боты электрическую машину необходимо под­вергнуть ревизии и заново закрепить ослабленные детали изоляции (например, крепление лобовых частей, катушек и др.).

Машины после капитального ремонта, как правило, имеют номинальные характеристики. По мере возрастания срока службы машины про­должительность цикла постепенно уменьшается, расходы на ремонт возрастают. Следователь­но, срок службы машины или оборудования не­посредственно связан с надежностью. Срок службы электрических машин определяется так­же и режимом эксплуатации, прежде всего ее нагрузкой. В первую очередь это касается об­мотки, которую следует рассматривать как цент­ральную часть электрических машин. По дан­ным практики, срок службы об­мотки при превышении температуры на 8 - 10 °С снижается в два раза.

Надежность электродвигателей. Уровень надежности современных электродвигателей, большая часть которых – асинхронные, неудовлетворителен. По статистике, по России средний срок службы двигателя до первого капитального ремонта составляет 5 лет (на практике - от нескольких месяцев до 20 лет).

Большое количество отказов происходит в первые месяцы эксплуатации из-за скрытых дефектов, допущенных при изготовлении. Преждевременные отказы электродвигателей обуслов­лены неудовлетворительной эксплуатацией (неправильная установка, неправильно выбранная защита, неверный вы­бор двигателя по мощности или условиям ок­ружающей среды). Основным видом поврежде­ний является в большинстве случаев межвитковое замыкание . Главной причиной пробоев изоляции низковольтных двигателей являются дефекты обмоток при намотке и ослабление об­моток. Другая причина выхода из строя АД - сни­жение с течением времени сопротивления изо­ляции , особенно у отключенных АД, установ­ленных в местах с повышенной влажностью, и повреждение подшипниковых узлов, которые возникают из-за перекосов, неправильной центровки, балансировки, приемов установки подшипников на вал, установки и снятия муфт, и из-за плохой смазки .

Влажность и изоляция . Экспериментальные данные подтверждают, что при относительной влажности γ = 50 % сопротивление изоляции за 40 суток снижается в 5 раз, а при γ = 95 % - минимум в 100 раз. Уменьшение сопротивления изоляции может также произойти, если электрическая машина оборудована системой вентиляции с замкнутым цик­лом, а нагрузка снижена. В этом случае воздухоохладитель, через который протекает охлаждаю­щая вода, может охладить воздух до такой сте­пени, что внутри двигателя будет конденсиро­ваться влага. Для предотвращения этого применяется регулирование массового расхода воды, протекающей через воздухоохладитель, и установка датчика относительной влажности. В связи с комплексной механизацией и авто­матизацией производственных процессов и соз­данием установок, работающих без обслужива­ющего персонала, к качеству и надежности элек­трооборудования предъявляются повышенные требования и, в частности, к готовности к не­медленному пуску АД, длительное время нахо­дившихся в отключенном состоянии. Для обе­спечения требуемого ПУЭ надежного пуска та­ких двигателей могут применяться следующие способы защиты изоляции от увлажнения: пол­ная герметизация электрических машин; по­крытие изоляции специальными влагостойкими лаками; осушение изоляции перед включением машины в работу; обогрев электрических машин в не­рабочем состоянии и др. Наиболее надежным и перспективным спосо­бом поддержания сопротивления изоляции в нормальном состоянии является обогрев изо­ляции током , протекающим через обмотки (без нагрузки) или работа машины под нагрузкой. В этом случае влага не осаждается на наружных поверхностях обмоток и других элементах элек­трических машин, так как температура их выше точки росы (температуры, при которой начина­ется конденсация влаги). Температура машины должна быть на 3 °С выше температуры окружа­ющей среды. Отсутствие влаги в микротрещинах изоляции благо­творно влияет на работоспособность машины.

Монтаж и центровка . Для устранения износа и поломки подшипников нельзя ударять по ним, а нужно применять прессы при установке и снятии, точно центровать и балансировать валы, не допускать вибрации, применять качественные смазочные материалы. Для подключения двигателя к сети необходимо использовать исправные проводники, выбранные по расчетным параметрам.

Коммутационная аппаратура . Часто отка­зы в работе аппаратов происходят по следующим причинам: остаточные механические деформа­ции (поломка деталей, отскакивание контактных накладок, посадка пружин); механический из­нос (осей, призм, направляющих поверхностей магнитных систем); неравномерность замыкания и разное натяжение и раствор контактов, электрическая эрозия кон­тактов; сваривание контактов; окисление и появление изо­ляционных пленок на контактах; перекрытие через нагар на стенках камер или пробой изоляции; повышенное трение между подвижными деталями; ложное срабатывание; пробой диодов. Эти отказы являются следствием низкого качества обработки и пригонки деталей аппарата, несоответствия аппарата режиму работы и условиям окружающей среды или неудовлетворительной эксплуатации.

Электрическая и механическая износоустойчивость электромагнитных аппаратов в значительной степени определяет надежность работы автоматических устройств. В новых конструкциях высоковольтной аппаратуры предусматривается применение более прочных и стойких электроизоляционных и конструкционных материалов, повышение класса точности и чистоты поверхности ответственных деталей и узлов, осуществление более широкой унификации, применение методов упрочняющей термической обработки деталей, внедрение вакуумных и элегазовых дугогасительных камер. При использовании вакуумных аппаратов необходимо принимать меры по защите обмоток и сетей от коммутационных перенапряжений. Дугогасительные контакты выключателей проектируются с применением дугостойких металлокерамических материалов или многоступенчатых систем.

Надежность систем автоматизированного привода. Важнейшей тенденцией развития современного автоматизированного электропривода является увеличение числа функций, выполняемых его системами, и переход к более жестким и точным режимам работы, связанный с непрерывной интенсификацией технологических процессов. Это усложняет структуру систем электропривода, состоящих из множества взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, работающих в жестко регламентированных режимах. Для улучшения условий пуска и остановки двигателей под нагрузкой необходимо применять ступенчатый или плавный пуск.

Сложность и многоэлементность систем электропривода не является причиной снижения их надежности, однако при определенном уровне средней надежности элементов общая надежность системы быстро уменьшается с увеличением числа элементов. Это обусловлено тем, что выход из строя любого элемента в большинстве случаев означает выход из строя всей системы или какого- либо ее участка. В связи с этим нужно применять современные электронные и микропроцессорные устройства, обладающие высоким качеством и надежностью.

Надежность систем электропривода зависит от рационального выбора элементов, поэтому следует применять современные системы тиристорного привода, в том числе устройства плавного пуска, преобразователи частоты.

Отказы оборудования . Следует различать три типа отказов: приработочные, износовые и внезапные, которые возникают вследствие внезапной концентрации нагрузок. Чтобы исключить приработочные отказы следует посредством наблюдения устанавливать длительность необходимого периода приработки и в этот период гарантировать устранение неполадок за счет производителя. Предупредить износовые отказы можно путем наблюдения их распределения, определения межремонтных сроков и сроков профилактической замены элементов системы. Внезапные отказы, возникающие вследствие превышения расчетных нагрузок, можно устранить путем установки средств защиты, которые отключат машину (установку) и не допустят выхода ее из строя. В межремонтный период должно быть обращено внимание на устранение и предупреждение условий для внезапных отказов.

Интенсивность отказов является одной из характеристик надежности и статистки определяется числом отказов в единицу времени, отнесенным к числу функционирующих устройств (элементов).

Основные пути повышения надежности и экономичности работы электрооборудования:

Применение современной элементной базы;

Повышение качества электрооборудования заводами-изготовителями;

Выбор оборудования в соответствии с режимом работы и условиями окружающей среды;

Обязательное выполнение требований системы ППР;

Выполнение в полном объеме профилактических испытаний оборудования;

Выполнение всех требований, предъявляемых к новым электрическим машинам и аппаратам, а также машинам, выпускаемым из капитального ремонта.

Применение устройств плавного пуска электродвигателей, комплектных пусковых устройств, тиристорных преобразователей. Несмотря на достаточно высокую их стоимость, это позволяет повысить надежность работы двигателей, так как снижаются динамические перегрузки при пуске и обеспечиваются все необходимые виды защит двигателей, а также и снизить потери энергии на регулирование в связи с отсутствием регулировочных резисторов.

При производстве капитальных ремонтов электрических машин или переводе двигателей постоянного тока на питание от вентильных преобразователей следует иметь ввиду, что в зависимости от индуктивности якоря и схемы питания напряжение на изоляции якоря двигателя за счет наложения переменной составляющей выпрямленного напряжения может достигать 1,5 U ном. и более, что без принятия специальных мер по защите от перенапряжений может привести к выходу из строя. Поэтому замена изоляции класса В обмотках электрических машин, работающих с повышенной вибрацией и влажностью, на изоляцию класса F может привести к существенному увеличению сроков службы двигателей только при надлежащем креплении лобовых частей обмотки и создания жесткости всей обмотки.

Курсовая работа

Расчет показателей надежности электрооборудования

Введение

безотказность электрооборудование надежность

Важную роль в проектировании электрических систем играет проблема обеспечения надежности эксплуатации электрооборудования. С ростом конкуренции в данной отрасли возрастает экономическая ответственность компаний за нарушение нормального режима работы выпускаемой ими продукции. Поэтому производственные компании заинтересованы в обеспечении надежности работы электрооборудования (ЭО). В этих условиях проблема поддержания на требуемом уровне показателей безотказности и долговечности ЭО становится всё более острой.

Анализ отказов, выполненный с помощью экспериментальной электроустановки в Штутгарте (Германия), показывает, что степень износа ЭО в среднем составляет 58,5%. В ходе проведения исследований эмпирическим путем были получены количественные характеристики наработки установки на отказ, которые и будут использованы в данной работе.

Целью работы является решение комплекса задач:

-провести анализ современного состояния надежности электрооборудования;

-определить модель расчета технического ресурса оборудования;

-провести расчета с использованием исходных данных и сравнение результаты с показателями, полученными эмпирическим путем.

Методика исследований. Для решения поставленных в работе задач использовались методы, системного анализа, математического моделирования, теории вероятности и математической статистики, теории случайных процессов и экспериментально-статистического анализа надежности.

.Выбор методики расчета надежности

Задача расчета надежности: определение показателей безотказности невосстанавливаемого элемента по данным о времени его работы.

Цель расчета надежности: выяснить, достижима ли требуемая надежность при существующей технологии разработки и производства.

6 в течение года.

Наиболее важные показатели надежности невосстанавливаемых объектов - показатели безотказности:

-вероятность безотказной работы;

-плотность распределения отказов;

-интенсивность отказов;

-средняя наработка до отказа.

Показатели надежности представляются в двух формах (определениях):

-статистическая (выборочные оценки);

Вероятностная.

Статистические определения (выборочные оценки) показателей получаются по результатам испытаний на надежность.

Допустим, что в ходе испытаний какого-то числа однотипных объектов получено конечное число интересующего нас параметра - наработки до отказа. Полученные числа представляют собой выборку некоего объема из общей «генеральной совокупности», имеющей неограниченный объем данных о наработке до отказа объекта.

Количественные показатели, определенные для «генеральной совокупности», являются истинными (вероятностными) показателями, поскольку объективно характеризуют случайную величину - наработку до отказа.

Показатели, определенные для выборки, и, позволяющие сделать какие-то выводы о случайной величине, являются выборочными (статистическими) оценками. Очевидно, что при достаточно большом числе испытаний (большой выборке) оценки приближаются к вероятностным показателям.

Вероятностная форма представления показателей удобна при аналитических расчетах, а статистическая - при экспериментальном исследовании надежности.

Для обозначения статистических оценок будем использовать знак сверху.

Примем следующую схему испытаний для оценки надежности.

Пусть на испытания поставлено N одинаковых серийных объектов. Условия испытаний идентичны, а испытания каждого из объектов проводятся до его отказа.

Введем следующие обозначения:

= {0, t1, … tN} = {t} - случайная величина наработки объекта до отказа;

(t) - число объектов, работоспособных к моменту наработки t;(t) - число объектов, отказавших к моменту наработки t;?(t, t + ?t) - число объектов, отказавших в интервале наработки ;

T - длительность интервала наработки.

Поскольку в дальнейшем определение выборочных оценок базируется на математических моделях теории вероятностей и математической статистики, то ниже приводятся основные сведения из теории вероятностей.

.Показатели безотказности работы электрооборудования

2.1 Вероятность безотказной работы (ВБР)

Статистическая оценка ВБР (эмпирическая функция надежности) определяется:

отношением числа N(t) объектов, безотказно проработавших до момента наработки t, к числу объектов, исправных к началу испытаний (t = 0) - к общему числу объектов N. Оценку ВБР можно рассматривать как показатель доли работоспособных объектов к моменту наработки t.

Поскольку N(t) = N - n(t), то ВБР по (1)

где - оценка вероятности отказа (ВО).

В статистическом определении оценка ВО представляет эмпирическую функцию распределения отказов.

Так как события, заключающиеся в наступлении или не наступлении отказа к моменту наработки t, являются противоположными, то

Нетрудно убедиться, что ВБР является убывающей, а ВО - возрастающей функцией наработки.

Действительно:

-в момент начала испытаний t = 0 число работоспособных объектов равно общему их числу N(t) = N(0) = N, а число отказавших -(t) = n(0) = 0, поэтому

-при наработке t?? все объекты, поставленные на испытания, откажут, т.е. N(?) = 0, а n(?) = N, поэтому (t) = (?) = 0, а (t) =(?) = 1.

Вероятностное определение ВБР:

Таким образом, ВБР есть вероятность того, что случайная величина наработки до отказа T окажется не меньше некоторой заданной наработки t.

Очевидно, что ВО будет являться функцией распределения случайной величины T и представляет из себя вероятность того, что наработка до отказа окажется меньше некоторой заданной наработки t:

Практический интерес представляет определение ВБР в интервале наработки , при условии, что объект безотказно проработал до начала t интервала. Определим эту вероятность, используя теорему умножения вероятностей, и выделив следующие события:

A = {безотказная работа объекта до момента t};

B = {безотказная работа объекта в интервале?t};

C = A·B = {безотказная работа объекта до момента t + ?t}.

Очевидно P(C) = P (A·B) = P(A)·P (B|A), поскольку события A и B будут зависимыми.

Условная вероятность P (B|A) представляет ВБР P (t, t + ?t) в интервале , поэтому

ВО в интервале наработки , с учетом (7), равна:

2.2 Плотность распределения отказов (ПРО)

Статистическая оценка ПРО определяется отношением числа объектов?n (t, t + ?t), отказавших в интервале наработки к произведению общего числа объектов N на длительность интервала наработки?t.

Поскольку?n (t, t + ?t) = n (t + ?t) - n(t), где n (t + ?t) - число объектов, отказавших к моменту наработки t + t, то оценку ПРО можно представить:

где (t, t + ?t) - оценка ВО в интервале наработки, т.е. приращение ВО за?t.

Оценка ПРО представляет «частоту» отказов, т.е. число отказов за единицу наработки, отнесенное к первоначальному числу объектов.

Вероятностное определение ПРО следует из (10) при стремлении интервала наработки?t ? t0 и увеличения объема выборки N ? ?

ПРО по существу является плотностью распределения (плотностью вероятности) случайной величины T наработки объекта до отказа.

Поскольку Q(t) является неубывающей функцией своего аргумента, то

ПРО f(t) характеризует частоту отказов (или приведенную ВО), с которой распределяются конкретные значения наработок всех N объектов

(t1, …, tN), составляющие случайную величину наработки T до отказа объекта данного типа. Допустим, в результате испытаний установлено, что значение наработки ti присуще наибольшему числу объектов. О чем свидетельствует максимальная величина f(ti). Напротив, большая наработка tj была зафиксирована только у нескольких объектов, поэтому и частота f(tj) появления такой наработки на общем фоне будет малой.

Отложим на оси абсцисс некоторую наработку t и бесконечно малый интервал наработки шириной dt, примыкающий к t.

Тогда вероятность попадания случайной величины наработки T на элементарный участок шириной dt (с точностью до бесконечно малых высшего порядка) равна:

где f(t) dt - элемент ВО объекта в интервале (геометрически это площадь заштрихованного прямоугольника, опирающегося на отрезок dt).

Аналогично вероятность попадания наработки T в интервал равна:

что геометрически интерпретируется площадью под кривой f(t), опирающейся на участок .

ВО и ВБР можно выразить в функции ПРО.

Поскольку Q(t) = P {T < t}, то используя выражение (13), получим

расширение интервала слева до нуля вызвано тем, что T не может быть отрицательной. Т. к. P(t) = P {T ? t}, то

Очевидно, что Q(t) представляет собой площадь под кривой f(t) слева от t, а P(t) - площадь под f(t) справа от t. Поскольку все, полученные при испытаниях значения наработок лежат под кривой f(t), то

2.3 Интенсивность отказов (ИО)

Статистическая оценка ИО определяется

отношением числа объектов?n (t, t + ?t), отказавших в интервале наработки к произведению числа N(t) работоспособных объектов в момент t на длительность интервала наработки?t.

Сравнивая (9) и (17) можно отметить, что ИО несколько полнее характеризует надежность объекта на момент наработки t, т.к. показывает частоту отказов, отнесенную к фактически работоспособному числу объектов на момент наработки t.

Вероятностное определение ИО получим, умножив и поделив правую часть выражения (17) на N

С учетом (10), оценку ИО можно представить

откуда при стремлении?t ? 0 и N ? ? получаем

3.Числовые характеристики безотказности

.1 Средняя наработка до отказа

Рассмотренные выше функциональные показатели надежности P(t), Q(t), f(t) и ?(t) полностью описывают случайную величину наработки T = {t}. В то же время для решения ряда практических задач надежности бывает достаточно знать некоторые числовые характеристики этой случайной величины и, в первую очередь, среднюю наработку до отказа.

Статистическая оценка средней наработки до отказа

где ti - наработка до отказа i-го объекта.

При вероятностном определении средняя наработка до отказа представляет собой математическое ожидание (МО) случайной величины T и определяется:

Используя выражение для плотности распределения отказов

и интегрирование по частям, можно преобразовать T0 к виду

с учетом того, что P(0) = 1, P(?) = 0.

Отсюда следует, что средняя наработка до отказа геометрически интерпретируется как площадь под кривой P(t) - рис. 1.

Очевидно, что с увеличением выборки испытаний N средняя арифметическая наработка (оценка 0) сходится по вероятности с МО наработки до отказа.

МО наработки означает математически ожидаемую наработку до отказа однотипных элементов, т.е. усредненную наработку до первого отказа.

3.2 Условные показатели наработки оборудования

На практике также представляют интерес показатели, величины которых показывают условные средние наработки оборудования:

) средняя полезная наработка определенная при условии, что при достижении наработки t1 все оставшиеся работоспособными объекты снимаются с эксплуатации;

) средняя продолжительность предстоящей работы при условии, что объект безотказно работал на интервале (0, t1).

Причины использования этих показателей:

Высоконадежные объекты (элементы электронных схем), как правило, эксплуатируются меньший срок чем T0 (tэкс < T0), т.е. заменяются по причине морального старения раньше, чем успевают наработать T0.

Часто для указанных объектов сокращают период испытаний (проводят до наработок соответствующих их моральному старению), поэтому T0 в таком случае понимают как среднюю наработку, которая имела бы место в действительности, если бы ИО оставалась такой, какой она была в начальный период испытаний.

Средняя полезная наработка (по аналогии с T0):

Средняя продолжительность предстоящей работы

Соотношение между двумя показателями

при допуске разброса принимаемых значений может являться усредненной характеристикой продолжительности безотказной работы электрооборудования.

3.3 Показатели рассеивания случайной величины

В то же время средняя наработка не может полностью характеризовать безотказность объекта.

Так при равных средних наработках до отказа T0 надежность объектов 1 и 2 может весьма существенно различаться. В виду большего рассеивания наработки до отказа, объект 2 может быть менее надежен, чем объект 1.

Поэтому для оценки надежности объекта по величине необходимо еще знать и показатель рассеивания случайной величины T = {t}, около средней наработки T0.

К числу показателей рассеивания относятся дисперсия и среднее квадратичное отклонение (СКО) наработки до отказа.

Дисперсия случайной величины наработки:

статистическая оценка

Вероятностное определение СКО

Средняя наработка до отказа T0 и СКО наработки S имеют размерность [ед. наработки], а дисперсия D - [ед. наработки 2].

.Обработка экспериментальных данных

.1 Расчет показателей надежности

В соответствии с правилами эксплуатации электрооборудования, вероятность возникновения взрыва в единичном изделии не должна превышать 10-6 в течение года.

Вероятность возникновения отказа в v-том взрывоопасном соединении за время t (k=1, n):

где - среднее время до первого отказа в v-том взрывоопасном соединении.

Формулу для можно представить в виде:

где dn - средний интервал времени между появлениями j-го вида опасности в k-ом элементе;

dk - среднее время существования j-го вида опасности, що трапилася в k-ом элементе.

Согласно эмпирическим данным, исходные величины равны:

dn =175200 ч.

dk =0,146ч.

t=365·8=2920 ч.

4.2 Корреляционный анализ данных

Выход из строя электроустановки, в большинстве случаев, обусловлен нагревом ее частей до критической температуры, примерно равной 135°С. Нагрев осуществляется током, который проходит по токоведущим частям установки. Анализ этого процесса и влияющих на него факторов позволяет выявить истоки проблемы, сделать вывод об эффективности существующих методов контроля нагрева и предложить адекватную систему аварийного отключения.

Предметом исследования в данной работе является температура на разных участках електроустановки, которая считывается равномерно расположенными по длине установки датчиками температуры. Рассматриваются опытные данные за период трех лет работы установки.

Спрогнозировать момент выхода из строя электрооборудования можно с помощью корреляционного анализа эмпирических данных.

Корреляционный анализ является вычислениями на основе статистической информации, с целью математической оценки усредненной связи между зависимой переменной и некоторой независимой переменной или переменными. В данном случае этими переменными является время и температура. Корреляционный анализ является методом установления связи и измерения ее тесноты между наблюдениями, которые можно считать случайными и выбранными из совокупности, распределенной по многомерному нормальному закону.

Корреляционной связью называется такая статистическая связь, при которой разным значениям одной переменной соответствуют разные средние значения другой. Корреляционная связь может возникать несколькими путями. Важнейший из них - причинная зависимость вариации результативного признака от изменения факторного. Кроме того, такой вид связи может наблюдаться между двумя следствиями одной причины. Основной особенностью корреляционного анализа следует признать то, что он устанавливает лишь факт наличия связи и степень ее тесноты, не раскрывая ее причины.

Коэффициент корреляции - это величина, которая может варьировать в пределах от +1 к -1. В случае полной позитивной корреляции этот коэффициент равен плюс 1, а при полной негативной - минус 1.

Коэффициент корреляции (r) - это параметрический показатель, для вычисления которого сравнивают средние и стандартные отклонения результатов двух измерений. При этом используют формулу

(3.9)

где? XY - сумма произведений данных из каждой пары;

n - число пар;

X - средняя величина переменной X;

Y - средняя величина переменной Y;

Sx - стандартное отклонение для распределения х;

Sy - стандартное отклонение для распределения у.

Коэффициент корреляции каждой кривой, KRKR1KR2KR3KR4KR5KR60,690,540,87-0,33-0,010,74

На основе корреляционного анализа, проведенного в программе MS Excel, можем составить графическую зависимость срока работы установки от температуры (график 2).

Таким образом, с соответствующей долей вероятности можно сказать, что средний срок работы данной установки в таком режиме составляет пять лет.

Зависимость срока работы электроустановки от температуры (прогноз на основе корреляционного анализа)

Заключение

В данной работе проведена обработка экспериментальных данных, собранных по ускоренной методике за период трех лет. Они представляют собой зависимость температуры на участках электроустановки от времени f=T(t). Величина температуры в ходе эксперимента снималась с равномерно расположенных по длине установки термодатчиков.

Проведен расчет вероятностных характеристик зависимости T(t).

Построена вероятностная модель зависимости распределения температуры по длине электроустановки от времени T(t). Для ее построения в данной работе выявлены основные параметры случайного процесса: класс случайного процесса и мгновенная плотность достоверности P (U, t) путем аппроксимации его определенными законами распределения. Вероятностные модели построены для каждого участка лампы и времени.

Проверку стационарности случайной функции температуры предложено оценивать по изменчивости М и дисперсии центрируемой функции D для совокупности ее реализаций на интервале повторяемости, равном одному месяцу. Для более точной оценки случайного процесса предложена строгая количественная оценка изменчивости его численных характеритик с точностью до корреляционной функции.

Оценку меры изменчивости М процесса на каждом интервале относительной стационарности предложено осуществлять следующим параметрам:

• математическому ожиданию М, усредненному на интервале относительной стационарности Тв;
• усредненной дисперсии D несмещенной оценки процесса;
• среднеквадратическому отклонению несмещенной средней оценки.

Проведен корреляционный анализ экспериментальных данных f=T(t). С его помощью можно спрогнозировать момент выхода из строя лампы. Полученная усредненная результирующая кривая показывает распределение температуры по временным промежуткам (интервалам стационарности). По ней можно судить о времени работы лампы до достижения ею критического уровня температуры.

Проведен расчет надежности светотехнического оборудования при влиянии температурных нагрузок. Расчет надежности выявляет вероятность выхода его из строя за время, равное одному году и среднее время до первого превышения температуры до критического уровня.

Анализ освещенных вопросов позволяет сделать вывод об эффективности существующих методов контроля нагрева и предложить адекватную систему аварийного отключения.

Список литературы

1.Расчет надежности системы электроснабжения: метод. указания по выполнению контрольной работы / П.С. Пинчуков. - Харьков: Изд-во ХВГУПС, 2009. - 15 с: ил.

2.Гук, Ю.Б. Расчет надежности схем электроснабжения / Ю.Б. Гук, М.М. Синенко, В.А. Тремясов. - Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1990. - 216 с.: ил.

.Ковалев А.П., Белоусенко И.В., Муха В.П., Шевченко А.В. О надежности максимальных токовых защит, применяемых в сетях угольных шахт. - Электричество, 1995, №2, с. 17-20.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Технологический институт

Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Южный федеральный университет» в г. Таганроге

Кафедра Электротехники и Мехатроники

Реферат

Факторы надёжность электрооборудования

Выполнил:

студент группы ЗКС-358

Максимов М.А.

Проверил:

Титаренко А.Д.

Таганрог 2011

Введение

Надежность электрооборудования и показатель MTBF

Методика расчета MTBF

Надежность и диагностика электрооборудования

Факторы, влияющие на надежность работы электрооборудования

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Надежность любого электрооборудования и аппаратуры автоматики существенным образом зависит от условий эксплуатации. Условия эксплуатации в производственных помещениях характеризуются климатическими и электромеханическими воздействиями, режимами работы и отсутствием рационального технического обслуживания.

К климатическим воздействиям относятся температура, влажность, запыленность и загазованность окружающего воздуха, атмосферное давление, интенсивность дождя, выпадение росы и инея, скорость движения воздушной струи, ночные и дневные перепады температуры.

К электромеханическим воздействиям относятся вибрационные и ударные нагрузки при работе и перемещениях, колебаниях частоты и напряжения питания.

Повышенная температура вызывает перегрев электрооборудования, ускоряет старение изоляции, смазочных материалов и уплотнителей. Наоборот, пониженная температура снижает прочности пластмасс, резины, металла. Колебания температуры приводят к деформациям и заклиниванию подвижных элементов, нарушению теплообмена, снижению прочности паяных соединений. Повышенная влажность вызывает коррозию металлов, рост плесневых грибков, снижает диэлектрические свойства изоляции.

Повышенная запыленность и наличие агрессивных газов приводят к загрязнению смазки, снижают поверхностное сопротивление и вызывают коррозию изоляционных материалов. Наличие в атмосфере углекислого газа, окислов серы и азоты, а также высокая влажность приводят к образованию кислотных вод и капель конденсата, что также увеличивает скорость коррозии материалов, является одной из причин короткого замыкания токоведущих частей. Ориентировочный расчет надежности проводят в простейших предположениях и не учитывают эксплуатационных режимов использования элементов изделия.

Уточненный расчет надежности отличается от ориентировочного тем, что в нем учитывают электрические, тепловые и прочие эксплуатационные режимы элементов изделия.

Как ориентировочный, так и утоненный расчет приводят в предположении экспоненциальной надежности всех элементов и независимости отказов. Расчеты неизмеримо возрастают, когда модели надежности элементов, блоков и узлов отличны от экспоненциальной. В этих условиях, особенно для сложных и ответственных систем, используют методы статистического моделирования с применением ЭВМ.

Надежность работы электрооборудования и показатель MTBF

Важнейшей характеристикой любого электрооборудования, в том числе трансформаторов, является надежность его работы. Тем более этот показатель важен для системы энергообеспечения города, области или страны.

Для обеспечения бесперебойного функционирования электротехнических предприятий часто используется методика составления пользовательских отчетов с детальной статистикой по оборудованию и группам оборудования. При этом рассчитываются такие параметры, как:

* простои оборудования;

* стоимость технического обслуживания оборудования;

* коэффициент использования оборудования;

* средняя наработка на отказ;

* средний период между ремонтами;

* фактический износ оборудования;

* прогноз полного износа;

* другие показатели.

Такой подход позволяет наладить учет и техническое обслуживание производственного оборудования, перейти от аварийного к планово-предупредительному техобслуживанию, а также получить информацию для расследования причин отказов, наладить материально-техническое снабжение работ, вести планирование людских, материальных и энергетических ресурсов.

Благодаря этому, предприятие может продлить срок эксплуатации производственного оборудования, сократить простои, связанные с отказами, повысить производительность труда.

Это особенно важно для таких предприятий, например, как энергоснабжающая компания, для которых внеплановая остановка оборудования означает крупную аварию и обесточивание десятков населенных пунктов. Важнейшим параметром для определения сроков проведения регламентных и ремонтных работ является показатель «средняя наработка оборудования на отказ» -- Тер. Т.е. время, в течение которого отказывает половина данного оборудования. Этот показатель будет различен для различного оборудования и уменьшается по мере роста сложности оборудования. Для определения Тер используются сложные расчеты, учитывающие состав данного устройства и надежность его составных частей.

Тер = 1 / X ,

где X - вероятность безотказной работы изделия и, для разных элементов, имеющий величину порядка 0,1...25х

В последнее время для описания характеристик надежности того или иного устройства (даже таких простых, как DC/DC-преобразователь, сетевой источник питания и т.п.) широко используют показатель MTBF.

Показатель MTBF

Изначально показатель MTBF (Mean Time Between Failure) - в прямом переводе «среднее время наработки на отказ»был введен для характеристики надежности компьютерных систем. Поскольку производить расчеты надежности системы, включающей в себя многие сотни и даже тысячи компонентов, достаточно сложно, то был предложен упрощенный эмпирический подход для определения их надежности. Производители компьютерных компонентов, а теперь зачастую и производители электротехнических изделий, как правило, определяют их надежность на основании испытаний партии изделий по следующей формуле:

Т - время проведения испытаний;

N - количество испытуемых изделий;

No - количество изделий, вышедших из строя.

Например, если испытывалось 100 изделий в течение месяца и за это время 10 из них вышло из строя, то MTBF будет равно 10 месяцам. Т.е. предполагается, что через 10 месяцев все изделия выйдут из строя. В этой упрощенной формуле заложены главные недостатки методики определения MTBF.

1. Само понятие MTBF отражает совсем не то, что следует из его названия - «среднее время наработки на отказ». Реальное среднее время наработки на отказ составляет только половину MTBF, поскольку по определению за время MTBF все изделия выйдут из строя. Так, в рассмотренном выше примере это «среднее время» будет не 10 месяцев, а пять, поскольку в среднем все экземпляры изделия проработают не 10 месяцев, а вполовину меньше.

2. Методика расчета MTBF предполагает, что число отказов в единицу времени постоянно на протяжении всего срока эксплуатации. В реальности это, конечно, совершенно не так. На самом деле кривая отказов имеет вид, показанный на рисунке 1.

Рисунок 1 - Кривая отказов

В зоне 1 проявляются отказы изделий, имеющие дефекты изготовления. Здесь отказов много. В зоне 2 (от t1 до t2) количество отказов в единицу времени постоянно. В зоне 3 начинают проявляться износовые отказы.

Как видим, только в зоне 2 отказы вызываются случайными факторами, и их число постоянно в единицу времени. Однако изготовители электрооборудования распространяют эту зону на весь срок эксплуатации производимых ими устройств. Но реальная статистика отказов на протяжении всего срока эксплуатации подтверждает, что эта теоретическая модель расчета MTBF далека от действительности.

3. Показатель MTBF никак не связан со временем t2, а это важнейший показатель надежности работы системы. При достижении времени t2 необходимо вывести оборудование из эксплуатации и произвести регламентные работы либо заменить оборудование новым. Иначе надежность работы системы при переходе ее в зону 3 резко уменьшится.
Таким образом, MTBF, заявляемый производителем (если он честно произвел тестирование своих изделий), - это время, в течение которого изделие выйдет из строя со 100% вероятностью. Т.е. уже здесь очевидно стремление фирм - производителей ввести потребителя в заблуждения, увеличивая вдвое цифру, характеризующую время безотказной работы изделия.

На рисунке 2 приведены соотношения между MTBF и PPM для некоторых изделий. На рисунке шкала MTBF приведена в часах, а шкала

PPM - в отказах на миллион.

Рисунок 2 - Соотношения между MTBF и PPM

Кроме того, что показатель MTBF является эмпирическим, в настоящее время существует несколько методик его расчета. Наиболее часто используют расчет по методикам IEC61709, MIL-STD 217F или MIL-HDBK 217F. Тонкость здесь в том, что для одного и того же устройства, например DC/DC-преобразователя, показатель MTBF, рассчитанный по разным методикам может отличаться более чем в 10 раз. Это само по себе наводит на мысли о несовершенстве способа определения надежности устройства путем вычисления MTBF.

Методика расчета MTBF

Рассмотрим стандартное описание методики расчета MTBF, например, силовых трансформаторов по методике MIL-STD 217F, которое приводят производители этого оборудования.

1. Регистрируется дата включения в работу каждого трансформатора.

2. От этой даты отнимается 30 дней для компенсации времени приработки.

3. Умножаем количество трансформаторов на количество отработанных дней (-30) и умножаем на 24 часа в сутках. Количество часов работы делим на количество трансформаторов, отказавших за время испытаний.

4. Умножаем полученное значение на 0,95, чтобы учесть не включенные трансформаторы, т.е. трансформаторы, находящиеся в ремонте или в резерве.

Расчет производится по следующей формуле:

MTBF = {[(N1 х (D1 -30) х 24) + (N2 х (D2 (D3-30)x24)....]/Nf}x0,95,

N1, N2, N3 - количество включенных трансформаторов;

Dl, D2, D3 - число дней работы;

30 - число дней, отводимых на приработку;

0,95 - фактор компенсации для неработающих трансформаторов (в ремонте, на складе и т.п.);

24 - число часов в сутках;

Nf - количество трансформаторов, отказавших во время испытаний.

Пример:

* 50 трансформаторов испытывались 360 дней;

* 30 трансформаторов испытывались 250 дней;

* 20 трансформаторов испытывались 200 дней.

* во время испытаний отказал 1 трансформатор.

Произведя расчеты, получим MTBF, равный 604200 часам или 69 годам.

В заключение описания методики расчета, как правило, приводится следующая фраза: «Этот метод расчета является эмпирическим и, насколько нам известно, не описан в каких-либо стандартах».

Как относиться к заявляемым производителями MTBF?

Указывая в технической документации то или иное значение MTBF, производители электротехнического оборудования зачастую не задумываются, что указываемая ими цифра во многие миллионы часов противоречит не только законам физики, но и здравому смыслу. В самом деле, MTBF, равный 2,5 млн. часов, означает, что устройство до отказа должно проработать 285 лет. Понятно, что эта цифра абсурдная: за такой срок не только проржавеет корпус трансформатора, но и его обмотки превратятся в прах. В то же время, производители электротехнических изделий часто заявляют MTBF своих изделий равный 3 и даже 3,5 млн. часов. Причем такие результаты они получают в ходе честных испытаний своих изделий по приведенной выше методике. В чем здесь дело? Очевидно, что в самой упрощенной методике определения надежности, имеющей весьма узкие границы применимости. Действительно, как можно на основании 3- или даже 9-месячных испытаний изделия утверждать, что оно проработает 200 лет?

Расчет надежности электрооборудования -- это сложный и кропотливый процесс, связанный с анализом внутренней структуры устройства, с учетом характеристик используемых в нем компонентов, учетом напряженности режима работы каждой из составных частей устройства и т.д. Следует учитывать также резко ограниченный срок службы некоторых компонентов изделия. При определении MTBF все это игнорируется.

Так о чем же говорит тот факт, что заявляемый производителем MTBF у трансформатора 1 равен 2 млн. часов, а у трансформатора 2 - 1 млн. часов? Только о том, что в некоторой зоне работы трансформатора, после 100...300 часов приработки, но до 5...30 тыс. часов работы (т.е. до начала износовых отказов), вероятность отказа трансформатора 1 будет ниже. Но только при том условии, что оба трансформатора собраны на одной и той же элементной базе и имеют схожее схемное решение.

Таким образом, MTBF пригоден только для сравнения однородной продукции одного и того же производителя и только иногда может быть использован для сравнения аналогичной продукции разных производителей, при условии, что она тестировалась в одинаковых условиях. Но в любом случае MTBF ничего не говорит о средней наработке изделия на отказ Тср и о значении t2 . Соответственно, использование MTBF для расчетов надежности функционирования электрооборудования выглядит более чем сомнительно. Для решения задач, о которых говорилось в начале статьи, следует использовать Тер, а не MTBF.

Надежность и диагностика электрооборудования

Пониженная температура снижает прочности пластмасс, резины, металла. Колебания температуры приводят к деформациям и заклиниванию подвижных элементов, нарушению теплообмена, снижению прочности паяных соединений. Повышенная влажность вызывает коррозию металлов, рост плесневых грибков, снижает диэлектрические свойства изоляции. Повышенная запыленность и наличие агрессивных газов приводят к загрязнению смазки, снижают поверхностное сопротивление и вызывают коррозию изоляционных материалов. Наличие в атмосфере углекислого газа, окислов серы и азоты, а также высокая влажность приводят к образованию кислотных вод и капель конденсата, что также увеличивает скорость коррозии материалов, является одной из причин короткого замыкания токоведущих частей.

Ориентировочный расчет надежности проводят в простейших предположениях и не учитывают эксплуатационных режимов использования элементов изделия. Уточненный расчет надежности отличается от ориентировочного тем, что в нем учитывают электрические, тепловые и прочие эксплуатационные режимы элементов изделия. Как ориентировочный, так и утоненный расчет приводят в предположении экспоненциальной надежности всех элементов и независимости отказов. Расчеты неизмеримо возрастают, когда модели надежности элементов, блоков и узлов отличны от экспоненциальной. В этих условиях, особенно для сложных и ответственных систем, используют методы статистического моделирова ния с применением ЭВМ.

Определим надежность всей системы с учетом условий эксплуатации и без них. При проведении ориентированных расчетов надежности без учета условий эксплуатации необходимо считать, что анализируемый блок управления и защиты (БУ и З) структурно является последовательным, отказы элементов независимы и отказ одного элемента приводит к отказу всего БУ и З в целом. В этом случае математическая модель отказов будет иметь экспоненциальный вид. Определяем интенсивность отказа lі каждого элемента по Таблице 1.2 - Интенсивности отказов элементов при температуре окружающей среды 20°С и относительной влажности 50-70 %. Таблица 1.2 - Интенсивности отказов элементов при температуре окружающей среды 20°С и относительной влажности 50-70 %.

Наименование элемента lіЧ10-6, ч-1 Наименование элемента lіЧ10-6, ч-1 Диоды: кремниевые 0,2 Трансформаторы: силовые 1,0 Контакторы (на один контакт) 2,5 Дроссели 0,35 Разъемы штепсельные: на один штырек 0,3 Интегральные микросхемы 0,25 Реле (на одну контактную группу): Электромагнитные времени 0,3 1,2 Конденсаторы: Слюдяные электролитические 0,25 0,35 Транзисторы: Германиевые кремниевые 0,3 0,5 Резисторы: металлопленочные, 0,04 Для каждой группы, определяем групповое значение интенсивности отказов: 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: Интенсивность отказов БУ и З в целом определяется суммой интенсивностей отказов всех групп составляющих элементов: Результирующая вероятность безотказной работы без учета условий эксплуатации определяется по формуле: Среднее время безотказной работы БУ и З (Тср) без учета условий эксплуатации определяется по формуле: Расчет надежности анализируемого блока управления и защиты без учета условий эксплуатации показал, что результирующая вероятность безотказной работы всей системы равна 0,751, что является низкой величиной. Это является следствием высокого значения интенсивности отказа некоторых элементов системы (например, контактор, реле времени). Для увеличения вероятности безотказной работы рекомендуется, либо заменить эти элементы более надежными (например, контактор заменить пускателем), либо зарезервировать их элементами с более большей вероятностью безотказной работы. Но на практике данные рекомендации выполнить не всегда является возможным. 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 kэ, суммарно учитывающий остальные внешние условия эксплуатации; коэффициент нагрузки элемента kн, 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 ljэ 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: 150%">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 Sljэ и интенсивность отказов всего БУ и З, с учетом условий эксплуатации lsэ определяется по формуле: для 40°С: для 50°С: для 60°С: Рассчитываем результирующую вероятность безотказной работы Рэ(t) и среднее время безотказной работы для Тср.э БУ и З по формулам: для 40°С: для 50°С: ign:justify;text-indent:36.0pt;line-height: 150%">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. 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.

Какие факторы влияют на надежность работы электрооборудования

Опыт эксплуатации показывает, что надежность работы электрооборудования зависит от многочисленных и разнообразных факторов, которые условно могут быть разделены на четыре группы; конструктивные, производственные, монтажные, эксплуатационные.

Конструктивные факторы обусловлены установкой в устройство малонадежных элементов; недостатками схемных и конструктивных решений, принятых при проектировании; применением комплектующих элементов, не соответствующих условиям окружающей среды.

Производственные факторы обусловлены нарушениями технологических процессов, загрязненностью окружающего воздуха, рабочих мест и приспособлений, слабым контролем качества изготовления и монтажа и др.

В процессе монтажа электротехнических устройств их надежность может быть снижена при несоблюдении требований технологии.

Условия эксплуатации оказывают наибольшее влияние на надежность электротехнических устройств. Удары, вибрация, перегрузки, температура, влажность, солнечная радиация, песок, пыль, плесень, коррозирующие жидкости и газы, электрические и магнитные поля -- все влияет на работу устройств. Различные условия эксплуатации по-разному могут сказываться на сроке службы и надежности работы электроустановок.

Ударно-вибрационные нагрузки значительно снижают надежность электротехнических устройств. Воздействие ударно-вибрационных нагрузок может в ряде случае быть значительнее воздействия других механических, а также электрических и тепловых нагрузок. В результате длительного знакопеременного воздействия даже небольших ударно-вибрационных нагрузок происходит накопление усталости в элементах, что приводит обычно к внезапным отказам. Под воздействием вибраций и ударов возникают многочисленные механические повреждения элементов конструкции, ослабляются их крепления и нарушаются контакты электрических соединений.

Нагрузки при циклических режимах работы , связанных с частыми включениями и выключениями электротехнического устройства, так же как и ударно-вибрационные нагрузки, способствуют возникновению и развитию признаков усталости элементов. Физическая природа повышения опасности отказов устройств при их включении и выключении заключается в том, что во время переходных процессов в их элементах возникают сверхтоки и перенапряжения, значение которых часто намного превосходит (хотя и кратковременно) значения, допустимые техническими условиями.

Электрические и механические перегрузки происходят в результате неисправности механизмов, значительных изменений частоты или напряжения питающей сети, загустения смазки механизмов в холодную погоду, превышения номинальной расчетной температуры окружающей среды в отдельные периоды года и дня и т. д.Перегрузки приводят к повышению температуры нагрева изоляции электротехнических устройств выше допустимой и резкому снижению срока ее службы.

Климатические воздействия , более всего температура и влажность, влияют на надежность и долговечность любого электротехнического устройства.

При низких температурах снижается ударная вязкость металлических деталей электротехнических устройств: меняются значения технических параметров полупроводниковых элементов; происходит «залипание» контактов реле; разрушается резина.

Вследствие замерзания или загустения смазочных материалов затрудняется работа переключателей, ручек управления и других элементов. Высокие температуры также вызывают механические и электрические повреждения элементов электротехнического устройства, ускоряя его износ и старение.

Влияние повышенной температуры на надежность работы электротехнических устройств проявляется в самых разнообразных формах: образуются трещины в изоляционных материалах, уменьшается сопротивление изоляции, а значит, увеличивается опасность электрических пробоев, нарушается герметичность (начинают вытекать заливочные и пропиточные компаунды. В результате нарушения изоляции в обмотках электромагнитов, электродвигателей и трансформаторов возникают повреждения. Заметное влияние оказывает повышенная температура на работу механических элементов электротехнических устройств.

Под влиянием влаги происходит очень быстрая коррозия металлических деталей электротехнических устройств, уменьшается поверхностное и объемное сопротивление изоляционных материалов, появляются различные утечки, резко увеличивается опасность поверхностных пробоев, образуется грибковая плесень, под воздействием которой поверхность материалов разъедается и электрические свойства устройств ухудшаются.

Пыль , попадая в смазку, оседает на частях и механизмах электротехнических устройств и вызывает быстрый износ трущихся частей и загрязнение изоляции. Пыль наиболее опасна для электродвигателей, в которые она попадает с засасываемым для вентиляции воздухом. Однако и в других элементах электротехнических устройств износ намного ускоряется, если пыль проникает сквозь уплотнения к поверхности трения. Поэтому при большой запыленности особое значение приобретает качество уплотнений элементов электрических устройств и уход за ними.

Качество эксплуатации электротехнических устройствзависит от степени научной обоснованности применяемых методов эксплуатации и квалификации обслуживающего персонала (знание материальной части, теории и практики надежности, умение быстро находить и устранять неисправности и т.п.). Применение профилактических мероприятий (регламентные работы, осмотры, испытания), ремонта, использование опыта эксплуатации электротехнических устройств обеспечивают их более высокую эксплуатационную надежность.

надежность работа электрооборудование показатель mtbf

Список литературы

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.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Основные показатели надежности электрооборудования, показатели безотказности объектов, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость электрооборудования. Определение резервного фонда электрооборудования, особенности его технической диагностики.

учебное пособие , добавлен 26.04.2010


Показатели безотказности работы электрооборудования: вероятность безотказной работы, плотность распределения и интенсивность отказов. Средняя наработка до отказа. Показатели наработки оборудования, рассеивания величины. Расчет показателей надежности.

курсовая работа , добавлен 25.09.2014


Задание по нахождению вероятности безотказной работы электроустановки со всеми входящими в нее элементами. Надежность как важнейший технико-экономический показатель качества любого технического устройства. Структурная надежность электрической машины.

контрольная работа , добавлен 31.03.2009


Описание основных мероприятий, направленных на повышение эксплуатационной надежности электрооборудования. Формы контроля состояния токоведущих частей и контактных соединений. Обслуживание потребительских подстанций. Эксплуатация трансформаторного масла.

реферат , добавлен 24.12.2008


Обоснование периодичности текущего ремонта электрооборудования. Описание технологии текущего ремонта электродвигателя. Компоновка участка по проведению ТО и ТР электрооборудования. Выбор оборудования для диагностирования и ремонта. Задачи проектирования.

курсовая работа , добавлен 27.02.2009


Принципы выбора рационального напряжения, режима нейтрали сети и схемы электроснабжения подстанции. Организация эксплуатации и ремонта трансформаторной подстанции "Новая ". Оценка технического состояния и эксплуатационной надежности электрооборудования.

курсовая работа , добавлен 02.11.2009


Организация эксплуатации энергосистемы для обеспечения бесперебойного снабжения потребителей электроэнергией. Основные мероприятия, выполняемые при обслуживании электрооборудования для повышения эффективности его работы, виды профилактических работ.

реферат , добавлен 05.12.2009


Модернизация трансформаторной подстанции инструментального цеха ОАО НПК "Уралвагонзавод"; обеспечение надежности системы электроснабжения и электрооборудования: выбор оптимального числа трансформаторов, защитной аппаратуры, расчет кабелей и проводов.

дипломная работа , добавлен 25.11.2011


Определение объема работ по эксплуатации электрооборудования предприятия. Перечень и трудоемкость выполнения работ по обслуживанию и ремонту электрооборудования. Система планово-предупредительного ремонта и технического обслуживания электрооборудования.

курсовая работа , добавлен 30.09.2013


Расход электроэнергии всего и по видам потребления. Присоединенная мощность электроприемников. Характеристика и экономические показатели работы. Периодичность технического обслуживания и ремонта электрооборудования. Расчёт потребности в материалах.

Полезные инструменты