Показатели надежности электрооборудования и систем электроснабжения промышленных предприятий, их краткая характеристика.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
Для количественной оценки надежности электрооборудования и систем электроснабжения промышленных предприятий служат различные показатели. Одним из основных является показатель вероятности отказа.
Отказы, как правило, носят случайный характер, поэтому математический аппарат для оценки надежности основан на теории вероятности.
Вероятность отказа - вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени произойдет хотя бы один отказ.
Поскольку с течением времени количество отказавших экземпляров может только лишь увеличиваться, то функция распределения вероятности отказа есть неубывающая функция (рис. 1).
Вероятность безотказной (исправной) работы - вероятность того, что в заданном интервале времени при заданном режиме и определенных условиях работы не произойдет ни единого отказа, т.е. вероятность того, что данное изделие будет непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного интервала времени при определенных условиях эксплуатации.
Вероятность безотказной работы характеризуется функцией P(t).
1 . P(t) является убывающей функцией времени (рис. 2);
2. 0< P(t)<1;
Зависимость вероятности безотказной работы P(t) представлена на рис. 2.
Из данного рисунка видно, что P(t) монотонно убывает с увеличением наработки. То есть запас надежности, имеющийся у прибора на начальный момент времени t = 0, постепенно расходуется, и при достаточно длительном времени эксплуатации прибор становится практически неработоспособным.
Рис.2 Зависимость вероятности безотказной работы
Частота отказов с точки зрения статистического анализа численно равна отношению числа отказавших устройств в единицу времени к числу первоначально установленных при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются новыми.
Частоты отказов характеризуется функцией f(t).
Типичная кривая изменения частоты отказов во времени приведена на рис. 3.
Из приведенной зависимости видно, что в работе аппаратуры можно выделить три характерных участка.
Первый участок - участок приработки. В первый момент, времени частота отказов высокая, что объясняется наличием большого количества элементов аппаратуры, имеющих внутренние дефекты, неопытностью обслуживающего персонала и т.п. И с течением короткого промежутка времени (участок от 0 до t1) частота отказов резко уменьшается. Если на заводе-изготовителе обеспечивается точность технологических режимов, проводится тщательная отбраковка элементов на каждом промежуточном этапе их производства и осуществляется выходной контроль качества, то участок приработки в процессе эксплуатации аппаратуры может отсутствовать.
Второй участок (t1 -t2), самый продолжительный, характеризует нормальную работу аппаратуры. На этом участке частота отказов уменьшается экспоненциально.
Интенсивность отказов - это условная плотность вероятности отказа устройства в момент времени t, при условии, что до момента t отказ устройства не произошел.
Интенсивность отказа характеризуется функцией K(t).
Интенсивность отказов с точки зрения статистического анализа определяется отношением числа отказавших образцов аппаратуры в единицу времени к среднему числу образцов, исправно работающих в данный отрезок времени.
Для определения интенсивности отказов однотипных комплектов аппаратуры (элементов) при фиксированных интервалах времени формулу можно записать в следующем виде:
где
ni - число отказов в i-м интервале времени ∆t;
Ni - число исправно работающих комплектов аппаратуры в данном интервале времени:
Интенсивность отказов зависит от времени работы приборов и изменяется на протяжении всего срока службы изделий. Функция λ(t) обычно является достаточно наглядной характеристикой, отражающей физическую природу отказов приборов данной партии на различных этапах эксплуатации.
Кривая интенсивности отказов некоторой партии изделий за период их службы представлена на рис. 4.
Рис. 4. Зависимость интенсивности отказов λ(t) от времени
Область I (интервал времени от 0 до t1) — период приработки изделий -характеризуется высокой интенсивностью ранних отказов, обусловленных наличием скрытых дефектов производства, которые не были выявлены при заводском контроле и испытаниях.
Тщательный контроль качества и длительные испытания первых образцов, как правило, позволяют избежать высокой интенсивности отказов в начальный период работы изделия.
Момент времени t1 обычно соответствует сроку гарантийных обязательств завода-изготовителя.
Область II (от t1 до t2) - рабочая область изделий - характеризуется постоянной или незначительно изменяющейся интенсивностью отказов, т.е. соответствует периоду максимальной надежности изделий.
Отказы на этой стадии чаще всего обусловлены неожиданными изменениями условий эксплуатации, например, резкими колебаниями температуры, повышением напряжения питания, случайно возникшими вибрациями и ударами. Интенсивность отказов в этот период зависит от условий эксплуатации и технического обслуживания, чем выше квалификация обслуживающего персонала, тем ниже интенсивность отказов.
Область III (от момента времени t2) - область износа (деградации) изделий - характеризуется резким возрастанием интенсивности отказов, вызванных износом и старением изделий.
Физические причины отказов в этой области обусловлены постепенно нарастающими физико-химическими изменениями в приборе, например, постепенным коррозированием электродов, нарушением защитных покрытий, электромиграцией и взаимной диффузией примесей и т.д. По существу, отказы, происходящие после времени t2, определяют срок службы изделия, после которого оно не обеспечивает надежной работы и должно быть заменено.
Среднее время безотказной работы - среднее значение наработки изделий в партии до первого отказа, т.е. это математическое ожидание времени безотказной работы.
С целью оценки времени безотказной работы при приемлемом уровне безотказной работы введены такие понятия как гамма-процентный ресурс и гамма-процентная наработка до отказа.
Средняя наработка на отказ - величина, равная математическому ожиданию времени безотказной работы между последовательными отказами аппаратуры. Обозначим эту характеристику Т.
Коэффициент готовности КГ - есть величина, равная отношению среднего времени безотказной работы к сумме среднего времени безотказной работы и времени, затрачиваемого на восстановление:
где Т- среднее время безотказной работы;
ТВ - среднее время, затрачиваемое на восстановление аппаратуры после отказа.
Коэффициент использования Ки - есть величина, равная отношению времени безотказной работы аппаратуры за некоторый календарный срок к величине этого календарного срока:
где т∑ - суммарное время безотказной работы за календарный срок Тк.
Параметры потока отказов элементов электрической сети
(по причине неисправности оборудования)
1 На 100 км. 2 Для однофазных трансформаторов — на фазу. 3 Для трехфазных трансформаторов. 4 На один выключатель. 5 На присоединение. Отказы выключателей, приводящие к отключению смежных цепей, составляют 60 % от общего числа отказов. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Наработка (на отказ)—продолжительность или объем работы, выполненной машиной (между отказами)', Наработка на отказ выражается в единицах времени и называется средней продолжительностью безотказной работы.
Время безотказной работы — среднее число часов работы оборудования до первого отказа.
Эксплуатационная надежность электрооборудования зависит от качества материалов, используемых при его изготовлении и ремонте, от технологии изготовления и ремонта и, что очень важно, от условий эксплуатации. Так, в легкой промышленности электродвигатели имеют срок службы 10,..12 лет, а в сельском хозяйстве 2... 3 года.