Классификация методов расчёта электрических аппаратов на надёжность

Расчеты ЭА на надежность занимают одно из центральных мест в теории и практике надежности ЭА. Рассчитать ЭА на надежность — значит определить одну или несколько характеристик надежности. Расчеты надежности производят на различных этапах разработки, создания и эксплуатации ЭА. Многочисленные цели расчетов при­вели к большому их разнообразию. Выбор метода расчета надежно­сти ЭА зависит от ряда факторов. Основными из них являются:

• этап разработки ЭА;

• характер отказов элементов в ЭА;

• способ соединения элементов в ЭА;

• вид закона распределений времени безотказной работы;

• режим работы элементов ЭА;

• восстанавливаемость ЭА;

• способ анализа ЭА;

• класс ЭА и др.

На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования (предсказания) ожидаемой надежности проектируемого ЭА. Это необходимо для обоснования предпола­гаемого проекта ЭА, а также для решения организационно-технических вопросов: выбора оптимального варианта структуры; спо­соба резервирования; глубины и методов контроля; периодично­сти и объема профилактики; количества запасных частей; обосно­вания требований к надежности элементов ЭА. Поэтому на этапе проектирования выполняют следующие расчеты надежности:

• расчет норм надежности (распределение требований к надеж­ности элементов ЭА);

• ориентировочный расчет надежности;

• окончательный (полный) расчет надежности.

Если на этапе проектирования изготавливают опытные экзем­пляры ЭА, то производится оценка надежности по результатам испытаний.

Надежность электрических аппаратов обусловлена уровнем проектирования их узлов. Основные из них:

• контактная система, содержащая коммутационный орган;

• дугогасительное устройство;

• привод (электромагнитный механизм);

• внешнее магнитное дутье (имеется не у всех аппаратов).

Оценка надежности аппарата иногда затруднена из-за отсутст­вия информации о характеристиках работы данного узла. В этом случае строится физическая модель узла и проводятся дополни­тельные испытания, отличные от испытания опытных образцов. Дополнительные испытания увеличивают экономические затра­ты, поэтому необходимо оценить их целесообразность. С целью снижения затрат на дополнительные испытания составляются математические модели, которые позволяют произвести анализ работы узла. Однако математическое моделирование узлов затруд­нено из-за сложности физических процессов, происходящих в электрических аппаратах. В качестве примера можно рассмотреть процессы, сопровождающие возникновение и гашение электриче­ской дуги в сильноточных аппаратах. При гашении дуги в дугога­сительных устройствах на надежность аппарата существенное влияние оказывают тепловые и газодинамические процессы. В дугогасительных камерах закрытого типа возникает область повы­шенного давления, которая волнообразно перемещается, создавая сопротивление движению дуги. Взаимодействие волн давления с дугой может отрицательно сказаться на износе контактов и изо­ляционного материала дугогасительной камеры. Следовательно, повышаются требования к магнитному дутью, перемещающему дугу, и к теплофизическим, механическим и электрическим свой­ствам материала контактно-дугогасительной системы.

Индукция внешнего и собственного магнитного поля, создаю­щая магнитное дутье, должна способствовать быстрому сходу дуги с контактов при условии, особенно в последней фазе гашения дуги, что перенапряжения в цепи не должны превышать допустимые для обмотки возбуждения защищаемых электрических машин.

Таким образом, на этапе создания и эксплуатации расчеты на­дежности проводят по результатам испытаний и эксплуатации.

Указанные расчеты носят, как правило, характер констатации. Их результаты в этом случае демонстрируют, какой надежностью обладали ЭА, прошедшие испытания или используемые в некото­рых условиях эксплуатации. На основании этих расчетов оцени­вают надежность и разрабатывают меры по ее повышению, опре­деляют слабые места ЭА и влияние отдельных факторов.

По характеру отказов элементов ЭА различают методы расче­та надежности при внезапных, постепенных и перемежающихся отказах, а по способу соединения элементов в ЭА — расчет надеж­ности при основном и резервном соединении элементов.

В зависимости от вида закона распределения времени безот­казной работы применяют расчеты надежности при экспоненци­альном, нормальном, вейбулловском и других законах распреде­ления.

Режим работы ЭА существенно влияет на выбор методов рас­чета надежности электроэнергетических систем, в которых они используются.

По признаку восстанавливаемости ЭА методы расчета можно разделить на методы расчета восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов. При этом может учитываться глубина и пе­риодичность контроля объектов.

В зависимости от способа анализа ЭА рассматривают два боль­ших класса методов расчета надежности:

• при расчете структурной надежности осуществляется опреде­ление значений показателей надежности ЭА, обусловленное надежностью его элементов и разветвленностью связей между элементами;

• расчет функциональной надежности — это определение пока­зателей надежности выполнения ЭА заданных функций. По­скольку такие показатели надежности зависят от ряда дейст­вующих факторов (вида заданной функции, структурной надеж­ности, математического и программного обеспечения, работы операторов), то, как правило, расчет функциональной надеж­ности более сложен, чем структурной.

Характер сложности предопределяет расчет надежности простых и сложных ЭА. Выбор того или другого метода определяется заданием на расчет надежности. Естественно, имеют место как ме­нее сложные, так и более трудоемкие. К наиболее простым методам относятся методы расчета структурной надежности простых ЭА, не резервированных, без учета восстановления работоспособности, при условии, что время работы до отказа подчинено экспоненци­альному распределению. Более сложными являются методы рас­чета функциональной надежности сложных резервированных ЭА с учетом восстановления их работоспособности и различных зако­нов распределения времени работы и времени восстановления.

6.3