Affidabilità di prodotti e dispositivi elettrici

Tra le proprietà che determinano la qualità di un prodotto elettrico, un posto particolare è occupato dall'affidabilità, ovvero la capacità del prodotto di svolgere le proprie funzioni, mantenendo inalterati nel tempo o entro limiti prefissati i valori degli indicatori di qualità.

Prodotto elettrico: un prodotto destinato alla produzione o conversione, trasmissione, distribuzione o consumo di energia elettrica (GOST 18311-80).

Qualsiasi prodotto o dispositivo elettrico può trovarsi in uno dei seguenti stati:

• eretto

• difettoso,

• lavorando

• non funzionante

• limitante.

Funziona anche un prodotto che funziona bene, ma un prodotto funzionante non è necessariamente un buon prodotto. Ad esempio, danni all'alloggiamento del generatore (ammaccature, graffi, difetti nella superficie verniciata, ecc.) rendono il generatore inutilizzabile, ma allo stesso tempo rimane funzionante.

Di norma, lo stato di funzionamento del prodotto è determinato dall'elenco dei parametri specificati nella documentazione e dai limiti consentiti per la loro modifica. La perdita di produttività si chiama rifiuto.

Le ragioni del fallimento possono essere sia il superamento del livello consentito di influenze esterne che difetti del prodotto... Ricorda che non tutti i difetti portano al fallimento. Il guasto di un prodotto è valutato dalla comparsa di rumore, dalla comparsa dell'odore di materiali isolanti e impregnanti bruciati, dal surriscaldamento, da un cambiamento nelle letture di dispositivi e strumenti di controllo, ecc.

Per loro natura, tutti i difetti e i danni possono essere:

• elettrico

• meccanico

Elettrico include contatti rotti, cortocircuiti, circuiti aperti, errori di connessione, ecc.

I difetti meccanici sono malfunzionamenti nell'assemblaggio di elementi, sistemi di trasmissione da servomotori a comandi, attuatori, parti mobili di relè e contattori, ecc.

Per quanto riguarda le regole, le modalità e i mezzi di controllo, i difetti si distinguono in:

• esplicitamente, per la cui rilevazione la documentazione prevede regole, modalità o controlli,

• nascosti per i quali non sono destinati.

Ad esempio, se la qualità di una parte viene controllata solo misurandone le dimensioni geometriche, la deviazione di queste dimensioni dalla tolleranza sarà un difetto evidente. Allo stesso tempo, all'interno del pezzo possono esistere crepe e vuoti che non possono essere rilevati durante la misurazione delle dimensioni del pezzo. Con il metodo di controllo adottato, questi difetti saranno nascosti. Per rilevare difetti nascosti, vengono utilizzate altre regole, metodi e mezzi di controllo, che non sono previsti nella documentazione di questo prodotto, in particolare, vuoti e crepe possono essere rilevati mediante esame a raggi X.

I malfunzionamenti possono verificarsi per vari motivi, ma se non sono correlati al malfunzionamento di altri elementi, vengono definiti indipendenti.Il guasto derivante da un altro guasto è considerato dipendente (ad esempio, guasto di un transistor dopo la disconnessione della sua base dal circuito).

Di solito l'affidabilità è associata all'assenza di guasti, cioè alla sua affidabilità.

In generale, l'affidabilità include, oltre all'affidabilità, proprietà come durata, manutenzione, conservazione... Di solito viene chiamata valutazione quantitativa delle proprietà incluse nell'affidabilità indicatori di affidabilità... La principale differenza tra indicatori di affidabilità e altri indicatori è che, indipendentemente dalla dimensione, sono tutte caratteristiche non casuali di variabili casuali.

Spieghiamo il contenuto di una proprietà come l'affidabilità, espressa dall'indicatore «probabilità di funzionamento senza guasti». Supponiamo che all'istante t = 0, n prodotti simili siano simultaneamente coinvolti nel lavoro. Dopo un intervallo di tempo Δt = t, ci saranno m prodotti da servire. Quindi la probabilità di funzionamento senza guasti all'istante t — P (t) può essere definita come il rapporto tra m — il numero di prodotti che funzionano all'istante t e il numero totale di prodotti n, cioè

Nel funzionamento simultaneo di n prodotti, tale punto temporale t1 si verifica quando il primo prodotto fallisce. All'istante t2, il secondo prodotto fallisce. Con un funzionamento sufficientemente lungo, arriverà un momento tn in cui l'ultimo degli n prodotti fallirà. Poiché tn> … t2> t1, è impossibile determinare in modo univoco il tempo di funzionamento di un altro prodotto dal tempo di funzionamento di un prodotto. Pertanto, la durata del lavoro è determinata come valore medio

Dal grafico (Fig. 1), si può vedere che la probabilità di funzionamento senza guasti cambia nel tempo.Al momento iniziale, la probabilità di funzionamento senza guasti P (t) = 1, e durante il tempo medio di funzionamento senza guasti tcp, il valore di P (t) diminuisce da 1 a 0,37.

Durante 5 tcp, quasi tutti gli n prodotti falliranno e P(t) sarà praticamente zero.

Figura 1. Dipendenza della probabilità di funzionamento senza guasti del prodotto in tempo

Riso. 2. Dipendenza del tasso di fallimento dei prodotti in tempo

Il danno al prodotto dipende dal tempo del suo funzionamento. La probabilità di guasto del prodotto in ciascuna unità di tempo, se il guasto non si è ancora verificato, è caratterizzata dal tasso di guasto e indicata con λ (t). Questo indicatore è chiamato caratteristica lambda. Si possono distinguere tre periodi principali di variazione di λ nel tempo (Fig. 2): I-il periodo di run-out che dura da 0 a tpr, II-il periodo di funzionamento normale da tpr a tst, III - il periodo di invecchiamento da tst a ∞ …

Nel periodo I aumenta il grado di danno, che è spiegato dalla presenza nel prodotto di elementi con difetti nascosti, violazioni dei processi tecnologici di produzione del prodotto, ecc. Il periodo II si distingue per la relativa costanza di λ (t), che si spiega con l'assenza di invecchiamento degli elementi. Dopo la fine del periodo II, λ (t) aumenta notevolmente a causa di un aumento del numero di elementi che hanno ceduto a causa dell'invecchiamento e dell'usura. Il funzionamento del prodotto durante il periodo III diventa economicamente impraticabile a causa del forte aumento dei costi di riparazione. Pertanto, il periodo di tempo prima di tst determina la vita utile media del prodotto prima dello smaltimento.

Il tasso di guasto λ (t) e la probabilità di funzionamento senza guasti P (t) del prodotto sono correlati tra loro dal rapporto

Questa espressione è chiamata legge esponenziale dell'affidabilità.

Il valore degli indicatori di affidabilità registrati nella documentazione tecnica del prodotto deve essere confermato da speciali test di affidabilità, modellando i processi di guasti casuali di dispositivi speciali, anche con l'ausilio di un computer o mediante calcolo. Va notato che il metodo di calcolo viene utilizzato quasi sempre nella progettazione di un prodotto, indipendentemente dal fatto che vengano utilizzati altri metodi per confermare l'affidabilità.

Nel calcolare l'affidabilità di un prodotto, vengono utilizzati indicatori tabulari dell'affidabilità degli elementi inclusi nel prodotto o dati ottenuti con uno dei metodi di cui sopra per prodotti simili a quelli progettati.

Tra i metodi noti di calcolo dell'affidabilità, il più semplice è il metodo dei coefficienti, per il quale il tasso di danno λ (t) è costante nel tempo. Se necessario, l'influenza delle modalità operative e delle condizioni operative sull'affidabilità del prodotto viene presa in considerazione dai fattori di correzione k1, k2,... kn

Il grado di guasto di un dato elemento in condizioni operative reali λi è calcolato dalla formula

dove λоi è il valore della tabella del grado di danneggiamento di un elemento funzionante in condizioni normali, k1 ... kn sono coefficienti di correzione dipendenti da vari fattori di influenza.

Di seguito sono riportati i valori del coefficiente k1 in funzione dell'influenza di fattori meccanici in diverse condizioni operative:

Condizioni operative Fattore di correzione Laboratorio 1,0 Impaziente 1,07 Nave 1,37 Automobilistico 1,46 Ferroviario 1,54 Aereo 1,65

Il coefficiente k2, a seconda dei fattori climatici dell'ambiente, può avere i seguenti valori:

Temperatura Umidità Fattore di correzione +30.0±10.0 65±5 1.0 +22.5±2.5 94±4 2.0 +35.0±5.0 94±4 2.5

I fattori di correzione per altri fattori possono essere trovati nei manuali di affidabilità.

Speciali test di affidabilità sono il metodo principale per confermare gli indicatori di affidabilità specificati nella documentazione tecnica. Tali test vengono eseguiti periodicamente entro il periodo stabilito dalle specifiche tecniche (TU) per il prodotto, nonché in caso di modifiche nella tecnologia di produzione del prodotto o modifiche nei componenti e nei materiali, se tali modifiche possono influire sull'affidabilità del prodotto. Le specifiche tecniche contengono un programma di test di affidabilità contenente, oltre alle sezioni previste dagli standard ESKD, un piano di test.

Piano di test - regole che determinano il numero di prodotti da testare, la procedura di test e le condizioni per la loro conclusione.

Il piano di test più semplice è quando n prodotti simili vengono testati contemporaneamente, i prodotti guasti non vengono sostituiti o riparati, i test vengono interrotti dopo che è trascorso un tempo di test predeterminato o dopo che ciascuno dei prodotti operativi rimanenti ha funzionato per un tempo predeterminato.

Gli indicatori di affidabilità del prodotto possono anche essere determinati come risultato della raccolta e dell'elaborazione di informazioni sulle prestazioni del prodotto durante il suo funzionamento.Le forme dei documenti validi in diversi settori differiscono tra loro, ma a prescindere da ciò, devono riflettere le seguenti informazioni:

• la durata totale del prodotto,

• Termini di utilizzo,

• la durata del funzionamento del prodotto tra guasti,

• numero e caratteristiche dei danni,

• la durata della riparazione per eliminare un danno specifico,

• tipo e quantità di ricambi utilizzati, ecc.

Per ottenere indicatori attendibili di affidabilità del prodotto basati su dati operativi, le informazioni su guasti e difetti devono essere continue nel tempo.