книги из ГПНТБ / Рябинин И.А. Надежность судовых электроэнергетических систем и судового электрооборудования учебник

Значения интеграла вероятностен %й приведены в табл. 2.1а работы [5], а процентные точки распределения х 2 — в табл. 2.2а этой работы и в приложении 1 монографии [27].

Для проверки гипотезы Я 0 (4.51) при заданном п и уровне зна­ чимости а необходимо сравнить полученную из наблюдений вели­ чину

с двумя критическими значениями этой статистики, определяемыми уравнениями

[7, 8, 33] и имеет самое широкое распространение в практике статистических исследований. Поэтому мы отметим лишь некоторые особенности данного критерия в сравнении с вышеописанными.

случайной величины Т с данным распределением Q (t). Пусть, далее, вся область изменения величины Т разбита на конечное число k

100

Если проверяемая гипотеза Нп верна, то р,- = представляет частоту появления события, имеющего в каждом из п наблюдений

рочное значение %2, вычисленное по формуле (4.74), при достаточно большом п оказывается настолько большим, что попадает в крити­ ческую область.

Таким образом, критерий %2 почти наверняка опровергает не­ верную гипотезу при достаточно большом числе испытаний и обеспе­

101

Все эти обстоятельства заставляют нас проявлять известную осто­ рожность, и показания критерия х2 рекомендуется дополнять пока­ заниями других критериев.

Пример 12. Проверим гипотезу об экспоненциальном законе рас­

данным первой выборки из табл. 2 с помощью четырех рассмотрен­ ных критериев проверки.

В табл. 15 приведены все промежуточные расчеты, а на рис. 32 построены статистическая функция распределения F2o (0> гипотетп-

Рис. 32. Гипотетические кривые распределения F,- (t) и эмпири­ ческая функция распределения F0Q (/), построенная по данным первой выборки табл. 2.

ческий закон распределения F (() и границы допустимых отклоне­ ний (4.57) при уровне значимости а = 0,10.

104

Сравнивая — In %2о с — In Ало (0,10) и — In Х'20 (0,10), видим, что

Таким образом, по всем четырем критериям при одном и том же уровне значимости в 10% гипотеза об экспоненциальном законе распределения с параметром 2000 не отвергается.

ГЛАВА 5

НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ СЭС И СУДОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

§ 16. Факторы, влияющие на надежность судового электрооборудования

Познакомившись в предыдущих разделах с количественными характеристиками надежности, с методами статистической оценки этих характеристик, рассмотрим, какие факторы, как и в' какой сте­ пени влияют на надежность наиболее распространенных устройств судового электрооборудования. К таким устройствам относятся электрические машины, трансформаторы, автоматические выключа­ тели, распределительные устройства и изделия, являющиеся комплек­ тующими элементами отдельных устройств судовых электроэнергети­ ческих систем: резисторы, конденсаторы, полупроводниковые при­ боры, реле.

Одним из показателей надежности элементов является интенсив­ ность их отказов К. Для изделий массового производства, выпускае­ мых после выборочных или неполных контрольных испытаний, кривая изменения интенсивности отказов во времени и кривая рас­ пределения вероятности отказов имеют три характерных участка (рис. 33).

Первый участок относится к периоду времени [0, t], когда из строя выходят изделия, имеющие производственные дефекты, про­ пущенные при контроле. Кривая распределения вероятности отка­ зов на этом участке описывается пуассоновским законом. При идеаль­ ных контрольных испь.~1ниях всех выпущенных изделий и полной

когда главной причиной ненадежности являются случайные отказы. При этом распределение вероятности отказов во времени подчиняется

105

экспоненциальному закону. Износ изделии в этот период времени практически еще не сказывается.

Третий участок относится к периоду [/2 , / ? ] , когда отказы опре­ деляются в основном износом изделий, а время безотказной работы подчиняется нормальному закону распределения.

Кривая функции надежности, соответствующая распределению вероятности отказа, представленному на рис. 33, имеет вид, показан­ ный на рис. 34 сплошной линией. Эта кривая резко отличается от экспоненты, вычисленной по формуле (2.8) и показанной на рис. 34 штриховой линией. Иногда по формуле (2.8) необоснованно вычис­ ляют вероятность безотказной работы любых судовых электро­ энергетических систем, устройств и средств электроавтоматики,

забывая, что по этой формуле можно вычислять надежность только таких систем, устройств и изделий, вероятность отказа которых прак­ тически не зависит от уже отработанного ими времени, т. е. надеж­ ность изделий нестареющих или неизнашнвающихся в процессе эксплуатации, для которых К (t) = const.

Следует подчеркнуть, что в настоящее время еще не известны достоверно функции R (/) или Q (/) для любого интересующего нас элемента СЭС и систем электроавтоматики. Определение таких характеристик по данным эксплуатации судовых изделий является весьма трудной задачей. Некоторые сведения о надежности наиболее распространенных элементов и устройств судов морского и рыбо­ промыслового флота будут даны ниже.

Для выполнения сравнительных расчетов надежности вновь проектируемых электроэнергетических систем и устройств судов морского и рыбопромыслового флота можно рекомендовать данные, приведенные в работах [23, 25, 31 ].

Рассмотрим теперь влияние внешних факторов на надежность изделий судового электрооборудования и электроавтоматики. В про­ цессе эксплуатации судовое электрооборудование систематически оказывается под воздействием разнообразных климатических ус­ ловий.

Транспортные и рыбопромысловые суда, как правило, переходят из одной климатической зоны в другую. Однако в полярных морях суда проводят незначительную часть эксплуатационного времени,

106

причем обычно в летний период, когда климатические условия там незначительно отличаются от условий осенне-зимнего периода в уме­ ренных широтах. Опыт показывает, что состояние изоляции, от ко­ торой в основном зависит надежность электрооборудования, при низких температурах изменяется крайне незначительно. Наиболее неблагоприятно действуют на электрооборудование условия тропи­ ческого климата, в которых, как видно из табл. 16, суда в процессе эксплуатации находятся значительный период времени. Поэтому фактор длительности эксплуатации судов в тропиках следует учи­ тывать в первую очередь.

Воздействие морского тропического климата на судовое электро­ оборудование приводит к коррозии металлов и быстрому распаду многих органических соединений. При этом резко снижается объем­ ное и особенно поверхностное сопротивление изоляционных мате­ риалов. Кроме того, на поверхности элементов скапливается влага, которая очень быстро превращается в электролит. Все это приводит к появлению коротких замыканий между диэлектрическими поверх­ ностями и к поверхностному разряду. Последний сопровождается появлением науглероженных проводящих дорожек на поверхности изоляции, особенно если эта изолядия содержит фенольные смолы. Повышенная влажность способствует развитию грибковой плесени, разъедающей участки поверхности элементов, главным образом оп­ леточных и некоторых других электроизоляционных материалов.

Высокая температура окружающей среды приводит к нагрева­ нию обмоток электрических машин, катушек тормозов и аппаратов, уплотнительной массы. Изменение температуры и, как следствие,

107

изменение геометрических размеров элементов сказывается на их электрических параметрах.

Морской климат влияет на судовое электрооборудование не только при плавании в тропиках. Вредное воздействие колебаний температуры, высокой влажности, морской воды и морского тумана, насыщенных солью, наблюдается и при эксплуатации судов в уме­ ренных и полярных широтах.

Следует заметить, что наиболее вредно воздействие повышенной температуры в сочетании с повышенной влажностью.

Песок, пыль и другие твердые частицы, оказывающие абразивное действие, опасны для негерметизнрованиых элементов, в особенности если в них есть подвижные части. Это относится к переключателям, щеткам, коллекторам электрических машин и подшипникам. Абра­ зивные частицы повреждают, а иногда и снимают изоляционный (предохранительный) слой, например эмаль, стекло и т. п., что вы­ зывает коррозию внутренних слоев. Кроме того, возникшие повреж­ дения могут привести к замыканиям между точками с высокими раз­ ностями потенциалов.

Пониженное барометрическое давление также оказывает отри­ цательное воздействие на надежность элементов, в частности вслед­ ствие обезвоживания материалов и удаления из них днффундированных газов, что резко изменяет их свойства (в особенности органиче­ ских изоляционных материалов). При значительном понижении давления может произойти пробой изоляции в результате образова­ ния дугового разряда, невозможного при нормальном давлении.

Ускорения, вибрации и удары вызывают механические поврежде­ ния элементов и даже полное их разрушение. При этом чем меньше масса элемента, тем менее воздействует на него ускорение. Воздей­ ствия, оказываемые вибрацией, зависят от частоты собственных ме­ ханических колебаний элемента.

Таким образом, надежность элементов и устройств зависит от многообразных внешних воздействий, и, чем точнее будут известны эти зависимости, тем эффективнее могут быть использованы элементы

отечественного оборудования установлены оптимальные (с точки зрения обеспечения высокой надежности) значения тока нагрузки, напряжения или мощности. Степень нагрузки элементов выразим с по­

108

Допустимые значения коэффициентов нагрузки элементов за­ висят от характера и условий работы устройств. Для устройств разо­ вого кратковременного и длительного действия рекомендуемые значения коэффициента нагрузки элементов СЭС приведены в ра­ боте [25].

Выбор и анализ режимов работы элементов в схеме необходимо производить исходя из параметра, по которому получено наибольшее значение коэффициента нагрузки.

Если значение k„ выходит за рекомендуемые пределы, то соот­ ветственно надлежит изменить режим работы данного элемента, из­ менив схему устройства, или заменить элемент на более мощный.

В процессе эксплуатации величина выходного параметра эле­ мента может измениться. Для таких элементов возможные изменения

Отказ электрических машин и трансформаторов наступает в мо­ мент появления неисправности. Неисправности электрических ма­ шин проявляются в искрении под щетками, повышенной вибрации, в сильном шуме, в недопустимо высокой температуре машины или отдельных ее частей, в изменении или неустойчивости характеристик машин (напряжения у генераторов, частоты вращения и вращающе­ го момента у электродвигателей). Неисправности трансформаторов и аналогичных им по конструкции устройств (дросселей насыщения, электромагнитов, соленоидов) характеризуются перегревом и обры­ вом обмоток, межвитковыми замыканиями, пробоем на корпус, пере­ гревом контактных соединений, сильным гудением, отсутствием или недопустимым изменением напряжения на вторичной обмотке транс­ форматора.

Отказы электрических машин обусловливаются отказами обмоток статора и ротора (якоря), отказами коллектора, щеток и щеточного устройства, подшипников, механических элементов.

Основной причиной отказов обмоток статора и ротора, отказов трансформаторов, дросселей, катушек нндуктивностей, электромаг­ нитов является разрушение изоляции, происходящее под влиянием внешних факторов (в первую очередь температуры и влажности). Для предохранения от влажности применяют пропиточные лаки и герметизацию. Снижения перегрева путем уменьшения внутреннего выделения тепла достигают совершенствованием конструкции (ис­ пользованием трансформаторов с разрезными сердечниками и с не­ полным заполнением окна) и повышением качества магнитных ма­ териалов. Для повышения стойкости при перегреве применяют новые •сорта синтетической теплостойкой изоляции.

Надежность электрических машин существенно зависит от ка­ чества и точности подшипников качения. Очень важно в процессе

109

ремонта и эксплуатации судовых электрических машин обеспечить надлежащую технологию посадки и смазки подшипников.

Данные об относительном количестве отказов отдельных эле­ ментов электрических машин, работающих в береговых условиях, приведены в табл. 17.

Познакомившись с возможными причинами отказов электриче­ ских машин, их элементов и электромеханнзмов, рассмотрим конкрет­ ные примеры определения закономерностей распределения времени исправной работы отдельных судовых электромеханизмов.

Пример 13. На обследованных судах 10 электропожарных насо­ сов (ЭП)КН) отказали в моменты времени г,, указанные в табл. 18. В третьем столбце таблицы приве­ дены результаты расчета величины

Q* (h) — ~^ » выполненные сог­ ласно (4.49). Так как причины отка­ зов носят в основном случайный характер, то проверим прежде всего

что Т 1000 ч. Вычисленные значения Q (£,.) даны в четвертом столбце таблицы. Учитывая простоту критерия Колмогорова, а также то, что в примере даны индивидуальные, а не группированные

110