Confiabilidade de produtos e dispositivos elétricos

Entre as propriedades que determinam a qualidade de um produto elétrico, um lugar especial é ocupado pela confiabilidade - a capacidade do produto de desempenhar suas funções, mantendo os valores dos indicadores de qualidade inalterados ao longo do tempo ou dentro de limites predeterminados.

Produto elétrico - um produto destinado à produção ou conversão, transmissão, distribuição ou consumo de energia elétrica (GOST 18311-80).

Qualquer produto ou dispositivo elétrico pode estar em um dos seguintes estados:

• na vertical

• defeituoso,

• trabalhando

• sem trabalho

• limitante.

Um produto que está em boas condições de funcionamento também está funcionando, mas um produto que funciona não é necessariamente um bom produto. Por exemplo, danos na carcaça do gerador (amassados, arranhões, defeitos na superfície pintada, etc.) tornam o gerador inoperável, mas ao mesmo tempo ele permanece funcional.

Via de regra, o estado de funcionamento do produto é determinado pela lista de parâmetros especificados na documentação e pelos limites permitidos para sua alteração. A perda de produtividade é chamada de rejeição.

Os motivos da falha podem ser excesso do nível permitido de influências externas e defeitos do produto... Lembre-se de que nem todos os defeitos levam à falha. A falha de um produto é avaliada pela aparência de ruído, aparência de cheiro de isolamento queimado e materiais de impregnação, superaquecimento, alteração nas leituras de dispositivos e instrumentos de controle, etc.

Pela sua natureza, todos os defeitos e danos podem ser:

• elétrico

• mecânico

Elétrica inclui contatos quebrados, curtos-circuitos, circuitos abertos, erros de conexão, etc.

Defeitos mecânicos são avarias na montagem de elementos, sistemas de transmissão de servomotores para controles, atuadores, partes móveis de relés e contatores, etc.

Quanto às regras, métodos e meios de controle, os defeitos são divididos em:

• explicitamente, para cuja detecção a documentação fornece regras, métodos ou controles,

• ocultos para os quais não se destinam.

Por exemplo, se a qualidade de uma peça for controlada apenas pela medição de suas dimensões geométricas, o desvio dessas dimensões da tolerância será um defeito óbvio. Ao mesmo tempo, podem existir rachaduras e vazios dentro da peça de trabalho que não podem ser detectados ao medir as dimensões da peça de trabalho. Com o método de controle adotado, esses defeitos ficarão ocultos. Para detectar defeitos ocultos, são utilizadas outras regras, métodos e meios de controle, que não são fornecidos na documentação deste produto, em particular, vazios e rachaduras podem ser detectados por exame de raios-X.

As falhas podem ocorrer por vários motivos, mas se não estiverem relacionadas ao mau funcionamento de outros elementos, são chamadas de independentes.A falha resultante de outra falha é considerada dependente (por exemplo, falha de um transistor após a desconexão de sua base ao circuito).

Normalmente, a confiabilidade está associada à ausência de falhas, ou seja, à sua confiabilidade.

Em geral, a confiabilidade inclui, além da confiabilidade, propriedades como durabilidade, manutenção, preservação... Geralmente é chamada de avaliação quantitativa das propriedades incluídas nos indicadores de confiabilidade de confiabilidade... A principal diferença entre indicadores de confiabilidade e outros indicadores é que, independentemente da dimensão, todas são características não aleatórias de variáveis ​​aleatórias.

Vamos explicar o conteúdo de uma propriedade como confiabilidade, expressa pelo indicador «probabilidade de operação sem falhas». Suponha que no tempo t = 0, n produtos similares estejam simultaneamente envolvidos no trabalho. Após um intervalo de tempo Δt = t, haverá m produtos para servir. Então, a probabilidade de operação sem falhas no tempo t - P (t) pode ser definida como a razão de m - o número de produtos que funcionam no tempo t para o número total de produtos n, ou seja,

Na operação simultânea de n produtos, tal ponto no tempo t1 ocorre quando o primeiro produto falha. No tempo t2, o segundo produto falha. Com uma operação longa o suficiente, chegará um ponto no tempo tn em que o último dos n produtos falhará. Como tn> … t2> t1, é impossível determinar exclusivamente o tempo de operação de outro produto a partir do tempo de operação de um produto. Portanto, a duração do trabalho é determinada como um valor médio

A partir do gráfico (Fig. 1), pode-se ver que a probabilidade de operação sem falhas muda ao longo do tempo.No momento inicial, a probabilidade de operação sem falhas P(t) = 1, e durante o tempo médio de operação sem falhas tcp, o valor de P(t) diminui de 1 para 0,37.

Durante 5 tcp, quase todos os n produtos falharão e P(t) será praticamente zero.

Figura 1. Dependência da probabilidade de operação sem falhas do produto no tempo

Arroz. 2. Dependência da taxa de falha dos produtos no tempo

Danos ao produto dependem do tempo de sua operação. A probabilidade de falha do produto em cada unidade de tempo, caso a falha ainda não tenha ocorrido, é caracterizada pela taxa de falha e denotada por λ (t). Este indicador é chamado de característica lambda. Podem ser distinguidos três períodos principais de mudança de λ ao longo do tempo (Fig. 2): I-o período de esgotamento que dura de 0 a tpr, II-o período de operação normal de tpr a tst, III - período de envelhecimento de tst a ∞ …

No período I, aumenta o grau de dano, o que se explica pela presença no produto de elementos com defeitos ocultos, violações dos processos tecnológicos de produção do produto, etc. O período II se distingue pela constância relativa de λ(t), que se explica pela ausência de envelhecimento dos elementos. Após o final do período II, λ (t) aumenta acentuadamente devido ao aumento do número de elementos que falharam devido ao envelhecimento e desgaste. A operação do produto durante o período III torna-se economicamente impraticável devido ao aumento acentuado dos custos de reparo. Portanto, o período de tempo antes do tst determina a vida útil média do produto antes do descarte.

A taxa de falha λ (t) e a probabilidade de operação sem falhas P (t) do produto estão relacionadas entre si pela razão

Essa expressão é chamada de lei exponencial da confiabilidade.

O valor dos indicadores de confiabilidade registrados na documentação técnica do produto deve ser confirmado por testes especiais de confiabilidade, modelando os processos de falhas aleatórias de dispositivos especiais, inclusive com a ajuda de um computador ou por cálculo. Deve-se notar que o método de cálculo é usado quase sempre no projeto de um produto, independentemente de outros métodos serem usados ​​para confirmar a confiabilidade.

Ao calcular a confiabilidade de um produto, são utilizados indicadores tabulares da confiabilidade dos elementos incluídos no produto ou dados obtidos por qualquer um dos métodos acima para produtos semelhantes aos projetados.

Dos métodos de cálculo de confiabilidade conhecidos, o mais simples é o método do coeficiente, para o qual a taxa de dano λ (t) é constante ao longo do tempo. Se necessário, a influência dos modos de operação e das condições de operação na confiabilidade do produto é levada em consideração pelos fatores de correção k1, k2,... kn

O grau de falha de um determinado elemento em condições reais de operação λi é calculado pela fórmula

onde λоi é o valor de tabela do grau de dano de um elemento operando em condições normais, k1 ... kn são coeficientes de correção dependendo de vários fatores de influência.

Os valores do coeficiente k1 dependendo da influência de fatores mecânicos sob diferentes condições de operação são dados abaixo:

Fator de Correção das Condições Operacionais Laboratório 1,0 Impaciente 1,07 Navio 1,37 Automotivo 1,46 Ferrovia 1,54 Aeronave 1,65

O coeficiente k2, dependendo dos fatores climáticos do ambiente, pode ter os seguintes valores:

Temperatura Umidade Fator de correção +30,0±10,0 65±5 1,0 +22,5±2,5 94±4 2,0 ​​+35,0±5,0 94±4 2,5

Fatores de correção para outros fatores podem ser encontrados em manuais de confiabilidade.

Testes especiais de confiabilidade são o principal método de confirmação dos indicadores de confiabilidade especificados na documentação técnica. Tais testes são realizados periodicamente dentro do prazo estabelecido pelas especificações técnicas (TU) do produto, bem como no caso de mudanças na tecnologia de produção do produto ou mudanças nos componentes e materiais, se essas mudanças puderem afetar a confiabilidade do produto. As especificações técnicas contêm um programa de teste de confiabilidade contendo, além das seções fornecidas pelos padrões ESKD, um plano de teste.

Plano de teste - regras que determinam o número de produtos a serem testados, o procedimento de teste e as condições para sua rescisão.

O plano de teste mais simples é quando n produtos similares são testados simultaneamente, os produtos com falha não são substituídos ou reparados, os testes são interrompidos após um tempo de teste predeterminado ter decorrido ou após cada um dos produtos operacionais restantes ter operado por um tempo predeterminado.

Os indicadores de confiabilidade do produto também podem ser determinados como resultado da coleta e processamento de informações sobre o desempenho do produto durante sua operação.Os formulários de documentos válidos em diferentes setores diferem entre si, mas, independentemente disso, devem refletir as seguintes informações:

• a duração total do produto,

• Termos de uso,

• a duração da operação do produto entre falhas,

• número e características dos danos,

• a duração do reparo para eliminar um dano específico,

• tipo e quantidade de peças sobressalentes utilizadas, etc.

Para obter indicadores confiáveis ​​de confiabilidade do produto com base em dados operacionais, as informações sobre falhas e defeitos devem ser contínuas ao longo do tempo.