低壓電器可靠性概況及其發(fā)展
低壓電器的可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下及規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力產(chǎn)品的可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要組成部分產(chǎn)品的質(zhì)量嚴格說起來應(yīng)包括其性能及可靠性兩個方面一個產(chǎn)品盡管其性能指標很高但若其可靠性不高的話就不能算是一個質(zhì)量好的產(chǎn)品一個自動控制系統(tǒng)的可靠性基本上取決于該系統(tǒng)所用元件的可靠性同時系統(tǒng)的可靠性一般隨系統(tǒng)中所用元件的數(shù)量增加而下降隨著系統(tǒng)向大型化方向的發(fā)展一個自動控制系統(tǒng)所用元件的數(shù)量越來越多只要其中一個元件發(fā)生故障一般就可導致整個自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障并可能造成重大經(jīng)濟損失所以自動控制系統(tǒng)中所用的電氣元件的可靠性就顯得越來越重要
電力系統(tǒng)與低壓配電系統(tǒng)中使用了各種低壓電器如果這些低壓電器發(fā)生故障就導致電力系統(tǒng)與低壓配電系統(tǒng)發(fā)生故障而造成停電事故甚至會危及供電線路和用電設(shè)備的安全它所造成的經(jīng)濟損失將更為巨大因此開展各種低壓電器的可靠性研究與應(yīng)用工作具有十分重要的意義
可靠性技術(shù)是在第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的一門新技術(shù)可靠性研究始于美國在20世紀40年代美國發(fā)現(xiàn)軍用雷達處于故障狀態(tài)的時間高達84%這就促使美國深入開展電子元件和電子設(shè)備的可靠性研究并制訂了有關(guān)可靠性管理可靠性設(shè)計及可靠性試驗等方面的標準到20世紀60年代美國在電子產(chǎn)品的可靠性研究方面已逐漸成熟這對提高美國電子產(chǎn)品的可靠性起到了很大作用從20世紀70年代起可靠性工作逐漸擴展到美國的機械電力電工及化工等工業(yè)部門
美國是世界上從事可靠性研究最早范圍最廣最有成效的國家原蘇聯(lián)日本德英法等國在美國之后也積極開展了可靠性工作并取得了不少進展
國外電器產(chǎn)品可靠性工作概況
1 可靠性標準的制訂
國外的電氣公司與各種國際機構(gòu)如lEEIEEE等中可靠性工作都很受重視一些著名的電氣公司都設(shè)有可靠性管理部門或設(shè)有專職的可靠性工程師有些產(chǎn)品已規(guī)定了可靠性指標有些產(chǎn)品雖還未規(guī)定可靠性指標但在公司內(nèi)部已開展可靠性研究工作產(chǎn)品可靠性的高低已成為國外各公司間競爭的重要手段
IEC在1965年成立了技術(shù)委員會TC56可靠性與維修性技術(shù)委員會至今已發(fā)布了不少關(guān)于可靠性與維修性方面基礎(chǔ)性或共性的標準如IEC300《可靠性與維修性管理》它為產(chǎn)品在制訂可靠性與維修性時提供管理導則還作為IS09000系列標準的補充文件提供有關(guān)可靠性方面的內(nèi)容還有IEC605《設(shè)備可靠性試驗》與IEC706《維修性導則》 IEC605是關(guān)于設(shè)備既可指電子設(shè)備也可指電工設(shè)備或機械設(shè)備既可指元件也可指裝置可靠性試驗方面一套較為完整的基礎(chǔ)性標準它規(guī)定了設(shè)備可靠性驗證試驗和可靠性測定試驗的總原則具體程序及試驗方案
在電器產(chǎn)品可靠性標準的制訂方面IEC255電氣繼電器標準中的IEC255020《電氣繼電器的觸點性能》IEC255010《電子元件質(zhì)量評價系統(tǒng)在有或無繼電器上的應(yīng)用》及IEC25519《機電式有或無繼電器的質(zhì)量評價》等標準都有可靠性的內(nèi)容IECSC41A在1988年6月發(fā)出46號文件提出在現(xiàn)有IEC標準的基礎(chǔ)上應(yīng)補充應(yīng)用于小電流的有或無繼電器的可靠性試驗2002年IEC發(fā)布的標準IEC60050444《電工術(shù)語基本繼電器》的44407節(jié)中也列入了12條關(guān)于可靠性方面的術(shù)語
美國于1964年發(fā)布了軍用標準MILR39016《有可靠性指標的電磁繼電器總規(guī)范》日本于1980年發(fā)布了日本工業(yè)標準JISC5440《有可靠性要求的控制用小型繼電器通則》前蘇聯(lián)于1983年發(fā)布的rOCTl2434-83《低壓開關(guān)電器通用技術(shù)條件》中規(guī)定了產(chǎn)品的可靠性要求和可靠性試驗方法德國的VDE0660《低壓開關(guān)電器規(guī)范》中規(guī)定產(chǎn)品機械壽命和電壽命的額定值是取占90%的接觸器所能達到的極限通斷次數(shù)這意味著用可靠壽命可靠度等于0.9的概念來考核接觸器的機械壽命和電壽命
法國在工業(yè)用控制設(shè)備接觸器標準NFC63100中規(guī)定對成批生產(chǎn)的電器特別足約定發(fā)熱電流小于或等于40A的電器機械壽命足在有代表性的樣機上以重復方式進行試驗的制造廠在統(tǒng)計了試驗結(jié)果后給出產(chǎn)品的機械壽命值這實際上也是規(guī)定了用可靠性的概念來確定接觸器的機械壽命
2 可靠性試驗研究
美國日本在繼電器的可靠性壽命試驗中已普遍采用電子計算機進行控制如日本安川公司在繼電器的接觸可靠性中采用了Inter8008型電子計算機進行控制的自動試驗裝置日本松下電器公司在繼電器可靠性試驗中采用了微型計算機控制的全自動試驗裝置日本富土通公司在舌簧繼電器的可靠性試驗中采用了計算機控制的試驗裝置該裝置可同時進行200個舌簧管的壽命試驗
美國日本等國家都在對電器產(chǎn)品加速壽命試驗的模式方法及數(shù)據(jù)分析方法進行研究例如日本以負載電壓及負載電流為加速變量進行了開關(guān)的加速壽命試驗根據(jù)試驗結(jié)果算出了不同負載電壓和負載電流值時的加速系數(shù)
3 可靠性物理的研究
國外是從20世紀60年代才開始研究可靠性物理的美國空軍ROME航空發(fā)展中心在20世紀60年代初首先開始對現(xiàn)場失效的元器件進行失效分析J．Vaccro首先提出用失效物理學這一概念來研究元器件的可靠性1962年起美國每年召開一次失效物理會議1967年起改稱可靠性物理會議
所謂可靠性物理學就是專門研究產(chǎn)品失效機理的科學它對產(chǎn)品怎樣失效及為什么失效的具體物理化學過程進行研究可以看出可靠性物理學的研究是提高產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)性措施美國日本等國家對可靠性物理的研究都很重視
4 可靠性學術(shù)會議
國外在可靠性學術(shù)交流方面也很活躍涉及到可靠性的國際學術(shù)會議有
IEEE霍姆電接觸會議每年召開一次國際電接觸會議每年召開一次國際可靠性物理會議每年召開一次國際可靠性與維修性會議每年召開一次
5 可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計與調(diào)查
可靠性數(shù)據(jù)是進行產(chǎn)品可靠性設(shè)計特別足可靠性預計可靠性分析及可靠性增長的基本依據(jù)所以國外十分重視可靠性數(shù)據(jù)的建立如美國政府的一個工業(yè)數(shù)據(jù)交換中心GIDEP它包括美國及加拿大的六百多個成員單位共建立了失效數(shù)據(jù)庫可靠性及維修性數(shù)據(jù)庫等前蘇聯(lián)電工研究所建立了包括發(fā)電機變壓器斷路器繼電保護裝置等電力設(shè)備的可靠性數(shù)據(jù)庫
20世紀70年代起斷路器的可靠性研究工作開始受到了國際學術(shù)界的關(guān)注與重視IEEE開關(guān)設(shè)備技術(shù)委員會斷路器可靠性工作小組從1971年到1985年15年間在全球范圍內(nèi)開展了高壓斷路器的可靠性研究其中一個重要部分就是對使用中的高壓斷路器的故障進行了第一次國際性可靠性調(diào)查此次調(diào)查中的77892個斷路器來自22個國家的102個公司涉及額定電壓在63kV及以上的各種類別斷路器調(diào)查中發(fā)現(xiàn)斷路器運行中的絕大多數(shù)故障70%足機械方面的原因19%是輔助電路和控制電路上的電故障而絕緣問題引起的故障占所有故障的8.3%通過分析該工作小組認為特別需要提高斷路器的機械可靠性
1986年IEEE開關(guān)設(shè)備技術(shù)委員會又成立了一個新的斷路器可靠性工作組其主要目的足進行第二次高壓斷路器可靠性國際調(diào)查此次調(diào)查于1988年1月1日起到1991年12月31日止調(diào)查中來自22個國家132個公司的70708個斷路器是1978年1月1日后使的額定電壓為72.5kV及以上的SF6斷路器由3833張故障卡分析看出第二次調(diào)查中斷路器的故障率比第一次調(diào)查時顯著降低但操作機構(gòu)故障機械故障仍是造成斷路器故障的主要原因其次是電氣控制和輔助電路故障
近年來IEEE電力系統(tǒng)可靠性委員會低壓斷路器可靠性工作組對低壓斷路器可靠性進行了調(diào)查調(diào)查中脫扣器和脫扣校準故障率最高為其他故障模式機械故障電觸頭故障的兩倍或更高而IEEE工業(yè)應(yīng)用學會可靠性委員會1985年對工業(yè)用斷路器的可靠性進行的調(diào)查表明對于使用時間少于15年的斷路器不包括塑殼式斷路器來說①室外安裝斷路器的故障率比室內(nèi)的高1.54倍②具有電子脫扣器的斷路器故障分為拒閉合44%和誤打開56%③具有機電脫扣器的斷路器故障很大比例為拒閉合93%由此可見國外已對高低壓斷路器做了較細致的可靠性調(diào)查并歸納出了主要故障模式但僅限于總結(jié)調(diào)查的結(jié)果未做任何結(jié)論性評論關(guān)于斷路器可靠性驗證試驗方法斷路器可靠性指標的制訂及評估方法等理論研究方面的內(nèi)容未見有相關(guān)公開發(fā)表的文獻
國內(nèi)電器產(chǎn)品可靠性
工作概況
原機械工業(yè)部對電器產(chǎn)品的可靠性工作十分重視早在1980年原機械工業(yè)部電工局委托河北工業(yè)大學舉辦了兩期電器新技術(shù)學習班可靠性技術(shù)是其中主要內(nèi)容之一1983年10月成立了中國電工技術(shù)學會電工產(chǎn)品可靠性研究會在該學會組織下開展了電工產(chǎn)品可靠{生研究工程與學術(shù)交流活動并多次舉辦了電工產(chǎn)品可靠{生學習班及電工行業(yè)領(lǐng)導干部可靠性研討班對我國電工行業(yè)的可靠性工作起了一定的促進作用原機械工業(yè)部曾多次發(fā)文召開可靠性工作會議部署在機電行業(yè)中開展限期考核機電產(chǎn)品可靠指標的工作從1986-1991年共發(fā)布了七批共1189種規(guī)格限期考核可靠性指標的機電產(chǎn)品清單其中包括繼電器接觸器變壓器量度繼電器電動機電力電子器件等產(chǎn)品這對推動我國電工產(chǎn)品的可靠性工作有很大的作用1994年原機械工業(yè)部又召開機械工業(yè)可靠性工作會議會上提出可靠性必須從產(chǎn)品設(shè)計抓起并規(guī)定凡是列入部或省市機械廳局開發(fā)計劃和重大技術(shù)設(shè)備攻關(guān)的項目應(yīng)加強可靠性設(shè)計和試驗研究工作要求在立項時提出可靠性設(shè)計目標和攻關(guān)內(nèi)容產(chǎn)品鑒定或項目驗收時應(yīng)對可靠性目標進行審核評定會上決定在機電產(chǎn)品中進一步開展可靠性認定工作
從20世紀80年代中期至今我國電工產(chǎn)品可靠性研究在電力電子電機變壓器電器與繼電保護裝置等領(lǐng)域均做了不少工作其中在電器可靠性研究與應(yīng)用方面大致做了以下工作
1 電器可靠性研究方面
在上海電器科學研究所成都機床電器研究所許昌繼電器研究所及廣州電器科學研究所等單位的組織下從20世紀80年代中期開始開展了電器可靠性研究工作電磁式中間繼電器小容量交流接觸器低壓斷路器洗衣機電冰箱的可靠性研究被列為原機械工業(yè)部重點項目以產(chǎn)學研相結(jié)合的方式開展了上述產(chǎn)品的可靠性研究通過理論分析及大量試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析了產(chǎn)品的失效機理研制了一些可靠性試驗裝置提出了這些產(chǎn)品的可靠性指標及考核方法通過對這些產(chǎn)品的可靠性考核與早期失效機理的分析對產(chǎn)品設(shè)計及制造藝提出了改進措施使這些產(chǎn)品的可靠性得到較大幅度的提高取得了一定成效
2 電器可靠性準的制訂
制訂了國家標準GB／T15510《控制用電磁繼電器可靠性試驗通則》北京電工綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所和河北工業(yè)大學負責起草
制訂了國家軍用標準GBl0962《機床電器可靠性通則》成都機床電器研究所起草
制訂了國家軍用標準GJB65B一99《有可靠性指標的電磁繼電器總規(guī)范》國營792廠和中國電子技術(shù)標準化研究所負責起草
家用和類似用途的小容量交流接觸器的可靠性試驗方法家用和類似用途的過電流保護斷路器的可靠性試驗方法剩余電流動作斷路器的可靠性試驗方法等三個標準已列入中國機械工業(yè)行業(yè)標準2003年制訂計劃正在制訂中
3 可靠性試驗裝置的研制
河北工業(yè)大學建立了電器研究所檢測中心該檢測中心于2001年5月通過了中國實驗室國家認可委員會的隊可具有進行有關(guān)電器可靠性認證試驗的資格并研制了微機控制的小型斷路器可靠性試驗裝置與繼電器接觸器可靠性試驗裝置及剩余電流動作保護器可靠性試驗裝置河北工業(yè)大學還與許昌繼電器研究所合作研制了量度繼電器可靠性試驗裝置
4 可靠性指標的考核
有幾十種規(guī)格的控制繼電器中間繼電器交流接觸器熔斷器等電器產(chǎn)品進行了可靠性指標的考核工作
5對電器可靠性設(shè)計進行了初步探索
河北工業(yè)大學等單位在電器電磁系統(tǒng)與觸頭的可靠性設(shè)計方面已開展了一些研究在1988年美國繼電器年會與1994年第17屆國際電接觸會議上發(fā)展了其初步研究成果河北工業(yè)大學與清華大學合作完成的科研項目電工設(shè)備現(xiàn)代設(shè)計理論與試驗研究中對電器電磁系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化設(shè)計方法進一步作了研究以河北工業(yè)大學為主要完成單位的科研成果低壓電器可靠性設(shè)計與檢測技術(shù)的研究獲得了2000年度國家科技進步二等獎
電器產(chǎn)品可靠性工作的發(fā)展前景與展望
我國電器產(chǎn)品可靠性研究雖然在上述幾方面做了一些工作取得了一些進展但由于我國電器產(chǎn)品可靠性研究工作起步較晚不少電器產(chǎn)品還未開展可靠性研究與考核工作在新產(chǎn)品開發(fā)時尚未認真開展可靠性設(shè)計與可靠性制造特別是我國電器行業(yè)的大多數(shù)企業(yè)對可靠性工作還重視不夠可靠性工作尚未認真開展我國電器產(chǎn)品的可靠性水平還普遍低于發(fā)達國家產(chǎn)品的可靠性水平
在市場經(jīng)濟競爭中以優(yōu)取勝以質(zhì)量與可靠性取勝必將成為共識為了進一步開展電器產(chǎn)品的可靠性工作以提高我國電器產(chǎn)品的可靠性水平應(yīng)進一步做好下列工作
1除了上述已制訂或正在制訂的幾種電器產(chǎn)品可靠性試驗方法的標準外應(yīng)盡快制定其他主要電器產(chǎn)品如低壓斷路器熱繼電器等可靠性試驗方法的行業(yè)標準
2由于可靠性試驗裝置是進行可靠性驗證試驗的必備手段所以應(yīng)研制各種主要電器產(chǎn)品的可靠性試驗裝置
3開展電器產(chǎn)品失效分析工作失效分析是指對失效產(chǎn)品進行分析找出其失效模式和失效機理針對失效分析中找出的問題提出改進措施以提高電器產(chǎn)品可靠性
4電器生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強可靠性管理工作為了開展可靠性設(shè)計可靠性生產(chǎn)可靠性實驗和失效分析工作必須要有健全的可靠性管理組織為了收集現(xiàn)場使用中的失效產(chǎn)品或現(xiàn)場失效信息也需要健全的可靠性管理組織為了把失效分析得到的信息反饋給設(shè)計部門生產(chǎn)部門和試驗部門更需要健全的可靠性管理組織因此加強可靠性管理工作是十分必需和重要的
5應(yīng)加強電器產(chǎn)品可靠性基礎(chǔ)知識的普及工作與可靠性方面的人才培養(yǎng)有條件的電器產(chǎn)品研究機構(gòu)及大型企業(yè)可適當培養(yǎng)一些電器可靠性方面的碩士和博士
