Конспект лекций (1040918), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Рассмотрим влияние температуры на такой важный показатель как интенсивность отказов (статистический параметр, характеризующий количество отказов РЭС в единицу времени). Будем пользоваться общепринятой простейшей моделью, основанной на следующих допущениях: отказы элементов РЭС являются событиями независимымии случайными; отказ одного элемента приводит к отказу всей системы; интенсивность отказов от времени не зависит. Для систем, состоящих из большого числаразнотипных элементов весьма приближенная оценка интенсивности отказов может быть найдена по формуле:t293 eb Tср 293где λ(293) – интенсивность отказов РЭС при нормальной температуре; Tср – средняя температура воздуха в корпусе РЭС; b – 0,014…0,033 – экспериментальныйкоэффициент.РИС. 1.
ИЗМЕНЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ОТКАЗОВ С ТЕМПЕРАТУРОЙ ДЛЯ РЭС С ВОЗДУШНЫМОХЛАЖДЕНИЕМНа Рис. 1 представлен график зависимости интенсивности отказов от температуры (заштрихованная область), полученный при обработке данных по отка13 зам большого числа блоков РЭС с воздушным охлаждением. Из рисунка виднонасколько велико влияние температурного режима на надежность.Сопротивления – наиболее многочисленные элементы сложных систем.Часто их количество достигает 50% от всех электротехнических элементов. Объем их мирового производства – 3 - 4 млрд. штук в год. Их надежность весьма высока, и они относятся к классу наиболее надежных элементов. Однако отказысложных систем из-за отказов сопротивлений достаточно часты, так как они являются наиболее массовыми элементами.Наиболее частым видом отказа является обрыв.
Статистические данные показывают, что свыше 55% отказов сопротивлений происходит из-за обрывов и 35- 40% – из-за перегорания проводящего элемента, т. е. свыше 90 - 95% отказовприводят к разрыву электрической цепи. Только около 5% отказов приходится наотказы, приводящие к резкому уменьшению сопротивления.Надежность сопротивлений существенно зависит от качества проводящегослоя и его геометрических размеров. Чем меньше сечение проводящего элементаи чем больше его длина, тем ниже надежность.Мгновенные отказы могут возникать из-за нарушения целостности контактного узла.При работе сопротивлений в электрических схемах иногда наблюдаютсянеобратимые изменения величин их активного сопротивления, что приводит куходу параметров системы за допустимые пределы. Нежелательные электрические процессы активизируются при повышении температуры. Снижение коэффициента нагрузки и температуры окружающей среды способствуют затуханиюэлектролитических процессов и являются средствами повышения надежности сопротивлений.Зависимости интенсивности отказов сопротивлений от температуры tº окружающей среды и коэффициента нагрузки Kн приведены на Рис.
2. Коэффициентнагрузки при этом определяется соотношениемKн14 WрW0где Wр – рассеиваемая мощность, W0 – номинальная мощность.а)б) РИС. 2. ЗАВИСИМОСТИ ИНТЕНСИВНОСТИ ОТКАЗОВ СОПРОВТИВЛЕНИЙ ОТ КОЭФФИЦИЕНТАНАГРУЗКИ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 90º C (а) И ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ НОМИНАЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ (б):1- ПЛЕНОЧНЫЕ, 2 – ПРОВОЛОЧНЫЕ; 3- УГЛЕРОДИСТЫЕОпределить интенсивность отказов λ сопротивлений при нагрузке и температуре окружающей среды, отличных от номинальных, можно, пользуясь следующей эмпирической формулой:B t x t н Rt Pнe ( 273t x )( 273Px1Pнt н Rt Pн )нгде λн – интенсивность отказов сопротивления при номинальных значениях нагрузки и температуры окружающей среды,tнtx- температура окружающей среды,- максимально допустимая температура окружающей среды, Px, Pн – действи-тельное и номинальное значение нагрузки, Rt – тепловое сопротивление для теплоотдачи с поверхности в окружающую среду, t xtxRt Pн - температура нагреваэлемента, B – коэффициент, зависящий от типа сопротивления и определяемый изопыта.Из приведенных кривых λ = f (tº, Kн) и эмпирической формулы видно, чтосопротивления в электрических схемах целесообразно использовать в облегченных режимах.
Загружать сопротивления номинальной нагрузкой рекомендуется15 лишь при определенной температуре окружающей среды. При температуре окружающей среды, превышающей эту температуру, необходимо снижать нагрузку на1,5% на каждый 1º повышения температуры.Большинство сопротивлений обладает тем свойством, что в начальный период эксплуатации их интенсивность отказов практически совпадает с интенсивностью отказов в нормальный период.Конденсаторы, как и сопротивления, являются наиболее многочисленнымиэлементами сложных систем.
Они имеют высокую надежность и в этом отношении не уступают сопротивлениям.Наиболее частым видом отказа конденсатора является пробой диэлектрикаи перекрытия изоляции между обкладками (поверхностный разряд). Эти отказысоставляют около 80% всех отказов и возникают из-за наличия слабых мест в диэлектрике и технологических дефектов, допущенных при производстве.Срок службы конденсаторов существенно зависит от коэффициента нагрузки, температуры окружающей среды, влажности и частоты питающего напряжения. Для конденсаторов коэффициент нагрузки обычно определяется соотношением:KнUрUнгде Uр – напряжение, приложенное к конденсатору, Uн – номинальное напряжение.Из этого соотношения следует, что повышение коэффициента нагрузки означает увеличение напряжения. Повышение Up всегда приводит к снижению сопротивления изоляции, возникновению внутренней короны и пробою диэлектрика.
Повышение температуры окружающей среды активизирует эти явления. Отсюда увеличение Kн и tº всегда приводят к снижению надежности конденсаторов.Надежность конденсаторов резко повышается с уменьшением Kн и tº. Поэтому при проектировании сложных систем рекомендуется применять конденсаторы при малых Kн, выбирая напряжение на конденсаторе из условия Kн≤0,5.16 Повышение влажности окружающей среды является причиной увеличениятангенса угла потерь, снижения электрической прочности и сопротивления изоляции, что приводит к снижению пробивного напряжения.
Эти явления особенносильно проявляются в негерметизированных конденсаторах. Отказы, вызванныенедопустимо большим уменьшением сопротивления изоляции, составляют примерно 5% от всех отказов.Увеличение перегрева, нестабильность емкости, а также увеличение вероятности пробоя происходит при повышении частоты питающего напряжения.Отказы конденсаторов из-за обрывов и уходов емкости за допустимые пределы встречаются значительно реже, чем пробой, и составляют вместе около 15%от всех отказов.В противоположность сопротивлениям основное количество отказов конденсаторов наблюдается в начальный период эксплуатации. Например, около 70%всех пробоев происходит до наступления нормального периода работы, где соблюдается условие λ = const. Это обстоятельство позволяет существенно повысить надежность конденсаторов путем отбраковки малонадежных образцов.Трансформаторы, дроссели, катушки индуктивности.
Эти элементы могут иметь следующие виды отказов: обрыв обмотки, межвитковые замыкания,пробой на корпус, изменение основного параметра.Обрыв обмотки может произойти из-за электрокоррозии провода при действии влаги и из-за его перегорания при перегрузках. Вероятность обрыва возрастает с уменьшением диаметра провода.Наибольшее число повреждений трансформаторов, дросселей и катушекиндуктивности происходит из-за вредного влияния влаги. Изменение температуры среды сильно ускоряет вредное влияние влаги. При колебаниях температурывследствие циклического расширения и сужения заливочного материала и вследствие различных температурных коэффициентов расширения железа, меди и заливочного материала образуются воздушные мешки и трещины, через которыепопадает влага.
Влага, проникая через заливочный материал и выводы обмоток,17 приводит к снижению сопротивления изоляции между витками и возникновениюэлектролитического процесса, разрушающего изоляцию.Зависимости интенсивности отказов трансформаторов, дросселей и катушекиндуктивности от температуры окружающей среды при различных классах изоляции приведены на Рис. 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
