Độ tin cậy của các sản phẩm và thiết bị điện

Trong số các thuộc tính xác định chất lượng của sản phẩm điện, độ tin cậy chiếm một vị trí đặc biệt — khả năng sản phẩm thực hiện các chức năng của nó, giữ cho giá trị của các chỉ số chất lượng không thay đổi theo thời gian hoặc trong giới hạn định trước.

Sản phẩm điện — một sản phẩm dành cho sản xuất hoặc chuyển đổi, truyền tải, phân phối hoặc tiêu thụ năng lượng điện (GOST 18311-80).

Bất kỳ sản phẩm hoặc thiết bị điện nào cũng có thể ở một trong các trạng thái sau:

• ngay thẳng

• khiếm khuyết,

• đang làm việc

• không hoạt động

• hạn chế.

Một sản phẩm đang hoạt động tốt cũng đang hoạt động, nhưng một sản phẩm đang hoạt động chưa chắc đã là một sản phẩm tốt. Ví dụ, hư hỏng vỏ máy phát điện (vết lõm, trầy xước, khuyết tật trên bề mặt sơn, v.v.) khiến máy phát điện không thể hoạt động, nhưng đồng thời nó vẫn hoạt động.

Theo quy định, trạng thái làm việc của sản phẩm được xác định bởi danh sách các tham số được chỉ định trong tài liệu và các giới hạn cho phép đối với sự thay đổi của chúng. Mất năng suất được gọi là từ chối.

Nguyên nhân dẫn đến thất bại có thể là do tác động bên ngoài vượt quá mức cho phép và lỗi sản phẩm... Hãy nhớ rằng không phải lỗi nào cũng dẫn đến thất bại. Sự cố của sản phẩm được đánh giá bằng sự xuất hiện của tiếng ồn, sự xuất hiện của mùi vật liệu cách nhiệt và vật liệu ngâm tẩm bị cháy, quá nhiệt, thay đổi chỉ số của các thiết bị và dụng cụ điều khiển, v.v.

Về bản chất, tất cả các khiếm khuyết và hư hỏng có thể là:

• điện

• cơ khí

Điện bao gồm các tiếp điểm bị hỏng, ngắn mạch, hở mạch, lỗi kết nối, v.v.

Lỗi cơ học là sự cố trong quá trình lắp ráp các phần tử, hệ thống truyền động từ động cơ servo đến bộ điều khiển, bộ truyền động, bộ phận chuyển động của rơle và công tắc tơ, v.v.

Theo các quy tắc, phương pháp và phương tiện kiểm soát, các lỗi được chia thành:

• một cách rõ ràng, để phát hiện tài liệu nào cung cấp các quy tắc, phương pháp hoặc điều khiển,

• ẩn mà họ không có ý định.

Ví dụ: nếu chất lượng của một bộ phận chỉ được kiểm soát bằng cách đo các kích thước hình học của nó, thì độ lệch của các kích thước này so với dung sai sẽ là một khiếm khuyết rõ ràng. Đồng thời, các vết nứt và lỗ rỗng có thể tồn tại bên trong phôi mà không thể phát hiện được khi đo kích thước của phôi. Với phương pháp kiểm soát được áp dụng, những khiếm khuyết này sẽ được ẩn đi. Để phát hiện các khuyết tật tiềm ẩn, người ta sử dụng các quy tắc, phương pháp và phương tiện kiểm soát khác không được cung cấp trong tài liệu dành cho sản phẩm này, cụ thể là có thể phát hiện các lỗ rỗng và vết nứt bằng cách kiểm tra bằng tia X.

Trục trặc có thể xảy ra vì nhiều lý do, nhưng nếu chúng không liên quan đến trục trặc của các phần tử khác, thì chúng được gọi là độc lập.Lỗi do lỗi khác được coi là phụ thuộc (ví dụ: lỗi của bóng bán dẫn sau khi ngắt kết nối đế của nó với mạch).

Thông thường, độ tin cậy gắn liền với việc không có lỗi, tức là với độ tin cậy của nó.

Nói chung, độ tin cậy bao gồm, ngoài độ tin cậy, các đặc tính như độ bền, bảo trì, bảo quản... Người ta thường gọi là đánh giá định lượng các đặc tính có trong chỉ số độ tin cậy... Sự khác biệt chính giữa chỉ số độ tin cậy và các chỉ số khác là rằng, bất kể thứ nguyên, chúng đều là đặc trưng phi ngẫu nhiên của biến ngẫu nhiên.

Hãy giải thích nội dung của một thuộc tính như độ tin cậy, được biểu thị bằng chỉ số «xác suất hoạt động không có lỗi». Giả sử tại thời điểm t = 0 có n sản phẩm giống nhau tham gia đồng thời vào công việc. Sau khoảng thời gian Δt = t sẽ có m sản phẩm để phục vụ. Sau đó, xác suất hoạt động không có lỗi tại thời điểm t — P(t) có thể được định nghĩa là tỷ lệ của m — số sản phẩm hoạt động tại thời điểm t trên tổng số sản phẩm n, tức là

Trong quá trình vận hành đồng thời n sản phẩm, thời điểm t1 xảy ra khi sản phẩm đầu tiên bị lỗi. Tại thời điểm t2, sản phẩm thứ hai bị lỗi. Với thời gian hoạt động đủ lâu, sẽ đến một thời điểm tn khi sản phẩm cuối cùng trong số n sản phẩm bị lỗi. Vì tn > … t2 > t1 nên không thể xác định duy nhất thời gian hoạt động của sản phẩm khác từ thời gian hoạt động của sản phẩm này. Do đó, thời gian làm việc được xác định là một giá trị trung bình

Từ biểu đồ (Hình 1), có thể thấy rằng xác suất hoạt động không bị lỗi thay đổi theo thời gian.Tại thời điểm ban đầu, xác suất hoạt động không có lỗi P(t) = 1 và trong khoảng thời gian trung bình của hoạt động không có lỗi tcp, giá trị của P(t) giảm từ 1 xuống 0,37.

Trong 5 tcp, gần như tất cả n sản phẩm sẽ bị lỗi và P(t) gần như bằng không.

Hình 1. Sự phụ thuộc của xác suất vận hành sản phẩm đúng hạn

Cơm. 2. Sự phụ thuộc của tỷ lệ hư hỏng sản phẩm vào thời gian

Sản phẩm hư hỏng phụ thuộc vào thời gian hoạt động của nó. Xác suất hư hỏng của sản phẩm trong mỗi đơn vị thời gian, nếu chưa xảy ra hư hỏng, được đặc trưng bởi tỷ lệ hư hỏng và được ký hiệu là λ(t). Chỉ báo này được gọi là đặc tính lambda. Có thể phân biệt ba giai đoạn chính của sự thay đổi λ theo thời gian (Hình 2): I-thời kỳ cạn kiệt kéo dài từ 0 đến tpr, II-thời kỳ hoạt động bình thường từ tpr đến tst, III - giai đoạn lão hóa từ tst đến ∞ …

Trong giai đoạn I, mức độ thiệt hại tăng lên, điều này được giải thích là do sự hiện diện của các yếu tố có khuyết tật tiềm ẩn trong sản phẩm, vi phạm quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm, v.v. Chu kỳ II được phân biệt bởi hằng số tương đối của λ(t), điều này được giải thích là do các nguyên tố không già đi. Sau khi kết thúc giai đoạn II, λ(t) tăng mạnh do số lượng phần tử bị hỏng do lão hóa và hao mòn tăng lên. Việc vận hành sản phẩm trong giai đoạn III trở nên không khả thi về mặt kinh tế do chi phí sửa chữa tăng mạnh. Do đó, khoảng thời gian trước khi tst xác định tuổi thọ trung bình của sản phẩm trước khi thải bỏ.

Tỷ lệ hỏng hóc λ(t) và xác suất hoạt động không hỏng hóc P(t) của sản phẩm có quan hệ với nhau theo tỷ lệ

Biểu thức này được gọi là quy luật hàm mũ của độ tin cậy.

Giá trị của các chỉ số độ tin cậy được ghi trong tài liệu kỹ thuật của sản phẩm phải được xác nhận bằng các thử nghiệm độ tin cậy đặc biệt, bằng cách mô hình hóa các quá trình hỏng hóc ngẫu nhiên của các thiết bị đặc biệt, kể cả với sự trợ giúp của máy tính hoặc bằng tính toán. Cần lưu ý rằng phương pháp tính toán hầu như luôn được sử dụng trong thiết kế sản phẩm, bất kể các phương pháp khác có được sử dụng để xác nhận độ tin cậy hay không.

Khi tính toán độ tin cậy của sản phẩm, người ta sử dụng các chỉ số dạng bảng về độ tin cậy của các yếu tố có trong sản phẩm hoặc dữ liệu thu được bằng bất kỳ phương pháp nào ở trên đối với các sản phẩm tương tự như sản phẩm được thiết kế.

Trong số các phương pháp tính toán độ tin cậy đã biết, phương pháp đơn giản nhất là phương pháp hệ số, trong đó tỷ lệ thiệt hại λ(t) không đổi theo thời gian. Nếu cần thiết, ảnh hưởng của các chế độ vận hành và điều kiện vận hành đến độ tin cậy của sản phẩm được tính đến bởi các hệ số hiệu chỉnh k1, k2,... kn

Mức độ hư hỏng của một phần tử nhất định trong điều kiện vận hành thực tế λi được tính theo công thức

trong đó λоi là giá trị bảng mức độ hư hỏng của phần tử vận ​​hành ở điều kiện bình thường, k1...kn là các hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hưởng.

Các giá trị của hệ số k1 tùy thuộc vào ảnh hưởng của các yếu tố cơ học trong các điều kiện vận hành khác nhau được đưa ra dưới đây:

Điều kiện hoạt động Hệ số hiệu chỉnh Phòng thí nghiệm 1,0 Thiếu kiên nhẫn 1,07 Tàu 1,37 Ô tô 1,46 Đường sắt 1,54 Máy bay 1,65

Hệ số k2, tùy thuộc vào các yếu tố khí hậu của môi trường, có thể có các giá trị sau:

Nhiệt độ Độ ẩm Hệ số hiệu chỉnh +30.0±10.0 65±5 1.0 +22.5±2.5 94±4 2.0 +35.0±5.0 94±4 2.5

Hệ số hiệu chỉnh cho các yếu tố khác có thể được tìm thấy trong sổ tay độ tin cậy.

Các bài kiểm tra độ tin cậy đặc biệt là phương pháp chính để xác nhận các chỉ số độ tin cậy được chỉ định trong tài liệu kỹ thuật. Các thử nghiệm như vậy được thực hiện định kỳ trong khoảng thời gian được thiết lập theo thông số kỹ thuật (TU) cho sản phẩm, cũng như trong trường hợp thay đổi công nghệ sản xuất sản phẩm hoặc thay đổi thành phần và vật liệu, nếu những thay đổi này có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy của sản phẩm. Thông số kỹ thuật bao gồm một chương trình kiểm tra độ tin cậy, ngoài các phần được cung cấp bởi các tiêu chuẩn ESKD, một kế hoạch kiểm tra.

Kế hoạch kiểm tra - các quy tắc xác định số lượng sản phẩm sẽ được kiểm tra, quy trình kiểm tra và các điều kiện để chấm dứt chúng.

Kế hoạch kiểm tra đơn giản nhất là khi n sản phẩm tương tự được kiểm tra đồng thời, các sản phẩm bị lỗi không được thay thế hoặc sửa chữa, quá trình kiểm tra bị dừng sau khi hết thời gian kiểm tra định trước hoặc sau khi từng sản phẩm hoạt động còn lại đã hoạt động trong một khoảng thời gian xác định trước.

Các chỉ số về độ tin cậy của sản phẩm cũng có thể được xác định là kết quả của việc thu thập và xử lý thông tin về hiệu suất của sản phẩm trong quá trình hoạt động.Các hình thức tài liệu có giá trị trong các ngành khác nhau là khác nhau, nhưng bất kể điều này, chúng phải phản ánh các thông tin sau:

• tổng thời lượng của sản phẩm,

• Điều khoản sử dụng,

• khoảng thời gian hoạt động của sản phẩm giữa các lần hỏng hóc,

• số lượng và đặc điểm của thiệt hại,

• thời gian sửa chữa để loại bỏ một thiệt hại cụ thể,

• loại và số lượng phụ tùng thay thế được sử dụng, v.v.

Để có được các chỉ số đáng tin cậy về độ tin cậy của sản phẩm dựa trên dữ liệu vận hành, thông tin về lỗi và khuyết tật phải liên tục theo thời gian.