Электрики разных профессий изготовляют, монтируют, настраивают, ремонтируют и обслуживают разнообразное электрооборудование. При этом непременной частью их работы является поиск дефектов. Необходимость своевременного обнаружения и устранения дефектов трудно переоценить, так как чем совершеннее и производительнее электрооборудование, тем значительнее экономический ущерб от его простоя или нерационального использования даже в короткие промежутки времени. Вот почему так важно умение электриков находить дефекты в разнообразном электрооборудовании.
Слово схема употребляется для обозначения документации электроустановки или электротехнического изделия. В том случае, когда необходимо обратиться к какому-либо документу, к этому слову будет добавляться поясняющее слово, указывающее рассматриваемую схему.
Если релейно-контакторная схема (для краткости в дальнейшем изделие или объект) соответствует всем установленным в документации требованиям, то принято говорить, что она находится в исправном состоянии. Когда такого соответствия нет, то говорят о неисправном состоянии изделия или о его неисправности.
Переход изделия из исправного состояния в неисправное происходит вследствие дефектов. Слово дефект употребляется для обозначения каждого отдельного несоответствия изделия установленным к нему в документации требованиям.
Из определений следует, что устранить неисправность изделия нельзя, но можно устранить дефект в изделии. Если он единственный, то затем изделие перейдет в исправное состояние.
Дефекты в изделии могут возникать в разные моменты его жизненного цикла - при изготовлении, монтаже, настройке, эксплуатации, испытаниях, ремонте, и иметь различные последствия.
По последствиям различают критические, значительные и малозначительные дефекты.
Наличие критических дефектов делает использование изделия по прямому назначению невозможным или недопустимым.
Пример 1. Критический дефект.
В качестве примера изделия выбираем реле постоянного тока на номинальное напряжение 110 В, катушка которого имеет wx = 10 000 витков, а её сопротивление Rx = 2200 Ом.
Другие параметры: номинальный ток Iном = 0,05 А, ток срабатывания Iсраб = 0,033 А, коэффициент запаса Кзш = 1,5, номинальная МДС (магнитно-движущая сила) Aw = 500 А.
Пусть в катушке существует дефект, приведший к закорачиванию 90% витков и уменьшению сопротивления катушки до R2=220 Ом (если условно положить, что все витки имеют одинаковую длину).
При напряжении 110 В этому сопротивлению будет соответствовать ток I2 = 0,5 А и МДС Aw2=l2*w2=0,5 • 1000= 500 А.
Хотя цифры показывают, что значение МДС не изменится и реле сможет притянуть свой якорь, но сколько-нибудь длительная работа реле с таким дефектом невозможна, так как после подведения к дефектной катушке номинального напряжения обмоточный провод, перегруженный током в10 раз, перегорит практически мгновенно.
Значительные дефекты ограничивают возможность использования изделия по прямому назначению или сокращают его долговечность (см. пример 6).
Пример 2. Значительный дефект
Пусть в катушке реле, рассмотренного в примере 1, существует дефект, приведший к замыканию 20% витков, то есть в ней осталось действующими 8000 витков.
Предполагая по-прежнему пропорциональность между количеством витков и сопротивлением обмотки, можно определить, что сопротивление дефектной обмотки R3 =1760 Ом.
Это сопротивление при напряжении 110 В ограничит ток в катушке значением I3 = 0,062 А.
Следовательно, МДС Aw3= 0,062 • 8000 = 496 А.
Таким образом, и при данном дефекте МДС будет достаточной для срабатывания реле, однако увеличение тока через обмотку практически на 25 % приведет к перегреву катушки сверх допустимого для её изоляции и преждевременному отказу реле, хотя оно и сможет проработать некоторое время.
Если наличие дефекта не оказывает влияния на работу изделия, то его называют малозначительным.
Пример 3. Малозначительный дефект
В катушке реле, параметры которого приведены в примере 1, закорочено 5 % витков сопротивление которых примерно равно 2090 Ом.
Это сопротивление ограничит ток в катушке до значения I4=0,053А, что соответствует МДС Aw4 = Um W4 = 503 А.
Если учесть, что в документации реле установлен 10 %-ный допуск на номинальный ток, т.е. Iном max = 0,055 А, то увеличение тока на 0,003 А нельзя обоснованно отнести к дефекту реле или его катушки, так как I4 < Iном max.
В связи с тем, что увеличение тока не превосходит допускаемого для данного реле, то дефект, вызвавший его, не влияет на работу реле.
Рассмотренные примеры показывают, что не только разные дефекты, но один и тот же вид дефекта (в нашем случае - короткое замыкание витков катушки) могут иметь неодинаковые последствия. Само же наличие дефекта в изделии далеко не всегда влияет на его способность выполнять свои функции.
В подтверждение сказанного приведем пример, где в качестве объекта рассмотрена гирлянда электрических ламп. Этот достаточно простой объект будет использован еще в нескольких примерах, при рассмотрении основных технологических вопросов поиска дефектов.
Простота объекта позволит, не отвлекаясь на пояснения принципа его действия и происходящих в нем процессов, обратить внимание только на вопросы поиска дефектов.
Пример 4. Различное проявление одинаковых дефектов.
Пусть в объекте, представляющем собой переносной светильник (рис. 1, а), произошло короткое замыкание между выводами лампы.
Рис. 1 Различное проявление одинаковых дефектов: а - в переносном светильнике, б - в гирлянде электрических ламп
При подключении светильника к источнику питания произойдет короткое замыкание в источнике. В данном случае по своим последствиям короткое замыкание в лампе является критическим дефектом.
Другой объект - гирлянда электрических ламп (рис. 1, б). Точно такой же дефект в этом объекте может привести к различным последствиям в зависимости от числа ламп в гирлянде.
В частности, при 25-30 или более лампах и сумме их номинальных напряжений, превосходящей напряжение сети, короткое замыкание в одной из ламп не приведет к увеличению напряжения сверх допустимого на каждую из оставшихся исправными ламп и к заметному возрастанию яркости свечения остальных ламп.
Хотя внешне оба дефекта проявляют себя одинаково (отсутствие свечения неисправной лампы), по своим последствиям короткое замыкание в одной из ламп гирлянды не приводит к короткому замыканию источника электроэнергии и для всей гирлянды является по принятой классификации малозначительнымдефектом.
Кроме исправного и неисправного состояний в технической диагностике различают работоспособное и неработоспособноесостояния.
Работоспособным считается изделие, способное выполнять возложенные на него функции, сохраняя значения заданных параметров в заранее установленных пределах.
В противном случае изделие неработоспособно.
Хотя любое исправное изделие является одновременно и работоспособным, но о работоспособном изделии не всегда можно сказать, что оно исправно.
В примерах 3, 4 показано, что и неисправные изделия могут выполнять возложенные на них функции.
Нарушение исправного состояния изделия при сохранении его работоспособности происходит в результате повреждения, а при нарушении работоспособности - из-за отказа.
Из приведенных определений следует, что хотя отказ изделия и вызывается наличием в нем тех или иных дефектов, однако само по себе появление дефекта не всегда приводит к отказу (см. примеры 3, 4).
Отказы, не связанные с неисправностью других элементов, называют независимыми, а возникающие, как следствие другого, - зависимыми.
Пример 5. Зависимый отказ.
В некоторых типах контакторов используют секционированные катушки (рис. 2).
Рис. 2 Секционированная катушка
При включении контактора работает секция катушки К1.2-1, называемая пусковой, или включающей. Вторая же секция катушки К1.2-2 в это время зашунтирована размыкающим контактом К1:3 контактора. В зависимости от габарита контактора ток, протекающий через пусковую секцию, достигает 8 - 15 А.
После того, как подвижная система контактора переместится в конечное положение, контакт K1.3 разомкнётся и в работу включится удерживающая катушка К1.2-2, а ток уменьшится до 0,2-0,8 А.
Предположим, что в контакторе существует дефект, препятствующий размыканию контакта К1:3.
В этом случае через некоторое время после подачи напряжения на катушку от перегрузки перегорит провод, которым намотана включающая катушка. Провод этой катушки рассчитан только на кратковременную, в течение долей секунды, работу в период включения контактора. Таким образом, дефект контакта К1:3 приводит к отказу контактора.
В зависимости от причин, вызвавших появление отказов, они подразделяются на систематические и случайные.
Систематические отказы изделий возникают при нарушении технологических процессов их изготовления или монтажа, настройки или эксплуатации, ремонта или испытаний. Причины таких отказов могут быть выявлены и устранены.
Возникновение случайных отказов представляют собой, хотя и нежелательное, но вполне естественное явление и характерно для любого технического объекта.
Вероятность таких отказов определяется показателями его надежности: наработкой на отказ, вероятностью безотказной работы, долговечностью и др.
Проиллюстрируем взаимосвязь некоторых из перечисленных понятий.
Пример 6. Наработка на отказ и долговечность
"Иногда новая установка сразу отказывает или работает плохо. В таких случаях немедленно принимают необходимые меры. Или сначала все хорошо, затем работа ухудшается и, наконец, наступает отказ: электроустановка выходит из строя, например через 3 месяца, хотя срок ее службы 16 лет".
Здесь приведены две характеристики надежности - наработка на отказ (продолжительность работы до первого отказа) и долговечность (срок службы). В соответствии с принятой системой понятий для ремонтопригодных изделий наработка на отказ всегда меньше срока их службы. Таким образом, если для данного изделия установлена наработка на отказ меньшая или равная 3 месяцам, то его отказ закономерен. В том же случае, когда установленная наработка на отказ превышает 3 месяца, можно говорить о низкой фактической надежности данного изделия.
По-иному обстоит дело с неремонтнопригодными изделиями, для которых наработка на отказ всегда должна быть не меньше срока их службы. Таким образом, отказ неремонтнопригодного изделия со сроком службы 16 лет через 3 месяца работы явление ненормальное.
Однако следует помнить, что все показатели надежности характеризуют случайные величины и поэтому по преждевременному отказу одного единственного изделия нельзя обоснованно судить о надежности других изделий данного типа.
В примере 3 был рассмотрен случай, когда дефект в изделии внешне себя не проявил. Каким же образом можно узнать о существовании этого или любого другого дефекта в том или ином изделии, не дожидаясь возникновения отказа, аварии или других нежелательных последствий?
Прежде всего, дефект в изделии проявляется во время его настройки, испытаний или при плановой профилактической проверке по признакам, позволяющим установить факт нарушения его исправности или работоспособности.
На основании этих признаков фактическое состояние изделия относят к одному из четырех названых выше состояний (исправное, неисправное, работоспособное, неработоспособное) или же к предельному состоянию, когда выполнение каких-либо настроечных или ремонтных работ нецелесообразно и изделие должно быть заменено новым.
Упомянутые выше признаки принято называть критериями дефекта, а задаются они в документации изделия в виде перечня параметров или характеристик с указанием допустимых пределов их изменения -допусков.
Олег Захаров "Поиск дефектов в релейно-контакторных схемах"
Продолжение статьи:
Поиск дефектов в релейно-контакторных схемах. Часть 2
