小型斷路器的可靠性試驗(yàn)研究

小型斷路器的可靠性試驗(yàn)研究

0系統(tǒng)可靠性理論小型電流裝置廣泛應(yīng)用于高層建筑、機(jī)械廠和低壓配電器的終端中。它用于保護(hù)類似于家庭和類似場所的電氣線路以及設(shè)備的過載和短路。其主要功能是當(dāng)電氣線路和設(shè)備發(fā)生過載、短路等故障時(shí)能及時(shí)將故障電路切斷,以保護(hù)線路及設(shè)備不被故障電流的熱與電動力效應(yīng)所損壞。此外,它也可以在正常情況下不頻繁地接通與斷開線路和設(shè)備。電器產(chǎn)品的可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間(或操作次數(shù))內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。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(shí),系統(tǒng)的可靠性一般隨系統(tǒng)中所用元件數(shù)量的增加而下降。隨著系統(tǒng)向大型化方向的發(fā)展,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(gè)元件發(fā)生故障,一般就可導(dǎo)致整個(gè)自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障,而可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失,因此自動控制系統(tǒng)中所用的電氣元件的可靠性就顯得越來越重要?？煽啃栽囼?yàn)是為了測定、驗(yàn)證或提高產(chǎn)品的可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn),是對產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)各階段的可靠性進(jìn)行調(diào)查、分析和評價(jià)的一種手段,是可靠性工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。1錯(cuò)誤模式和可靠性指標(biāo)1.1誤動故障故障(1)操作故障。即小型斷路器在手動合閘操作時(shí)合不上閘,電路不能接通;或小型斷路器在手動分閘操作時(shí)分不了閘,電路不能斷開。(2)誤動故障。即當(dāng)電氣線路或用電設(shè)備未發(fā)生過載、短路故障時(shí),斷路器的瞬動脫扣器或延時(shí)動作脫扣器動作而使斷路器自動分閘。(3)拒動。即當(dāng)電氣線路或用電設(shè)備發(fā)生過載、短路故障時(shí)斷路器不能及時(shí)可靠地切斷故障電流,使電氣線路或用電設(shè)備得不到可靠的保護(hù)。1.2電流保護(hù)環(huán)路的可靠性試驗(yàn)小型斷路器可靠性指標(biāo)包括:操作失效率和瞬動保護(hù)成功率。小型斷路器可靠性標(biāo)準(zhǔn)GB/Z22203—2008《家用和類似用途的過電流保護(hù)斷路器的可靠性試驗(yàn)方法》中按照最大失效率λmax的數(shù)值,將操作失效率劃分為4個(gè)失效率等級(亞三級、三級、亞四級、四級),失效率等級的名稱和相應(yīng)最大失效率見表1;按照不可接收的成功率R1的數(shù)值,將成功率劃分為5個(gè)等級(一級、二級、三級、四級、五級),成功率等級的名稱和R1的數(shù)值對應(yīng)分別為:一級99.5%;二級99.0%;三級98.0%;四級97.0%;五級96.0%。2可靠性試驗(yàn)2.1保護(hù)可靠性試驗(yàn)該試驗(yàn)使用的是河北工業(yè)大學(xué)電器研究所研制的小型斷路器可靠性試驗(yàn)設(shè)備。此設(shè)備的設(shè)計(jì)貫徹JB/T10493—2005《家用和類似用途的過電流保護(hù)斷路器的可靠性試驗(yàn)方法》,能同時(shí)對8臺試品進(jìn)行操作可靠性試驗(yàn)和瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn),并且能同時(shí)對32對觸頭進(jìn)行接觸壓降及斷開觸頭間電壓的監(jiān)測。2.2操作可靠性試驗(yàn)GB/Z22203—2008中規(guī)定(除非產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中另有規(guī)定):“操作可靠性試驗(yàn)可在-5~+40℃任一溫度下進(jìn)行,瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn)在30~35℃溫度下進(jìn)行”。本次試驗(yàn)操作可靠性試驗(yàn)試驗(yàn)溫度為24℃,瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn)試驗(yàn)溫度控制在(32±0.5)℃。2.3觸頭電流值和接觸參數(shù)在試驗(yàn)前首先制定試驗(yàn)方案,與委托方協(xié)商后,根據(jù)委托方要求確定成功率等級為三級。在操作可靠性試驗(yàn)中,產(chǎn)品額定電流值為16A,觸頭監(jiān)測電路參數(shù)為DC24V/1A;觸頭接觸壓降極限值為2.4V,觸頭斷開電壓極限值為21.6V;操作頻率為240次/h。在瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn)中,產(chǎn)品額定電流值為16A,對所有試品的每一級分別通以5倍和10倍額定電流,分別在操作可靠性試驗(yàn)前后各試驗(yàn)總次數(shù)的50%。2.4試驗(yàn)系統(tǒng)的改進(jìn)試驗(yàn)前先對試品進(jìn)行開箱檢測,檢查試品的零部件有無運(yùn)輸引起的損壞、斷裂,剔除零部件損壞的試品,并按規(guī)定補(bǔ)足試品數(shù),剔除掉的試品不計(jì)入相關(guān)失效數(shù)r內(nèi)。本次試驗(yàn)選用了16臺四極小型斷路器進(jìn)行試驗(yàn),將合格試品編號為20090601~20090616,按照說明書的規(guī)定正常安裝。根據(jù)可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),其中20090601~20090608進(jìn)行了瞬動試驗(yàn)與操作可靠性試驗(yàn),20090609~20090616只進(jìn)行操作可靠性試驗(yàn)。試驗(yàn)的具體程序如下:2.4.1u3000試驗(yàn)截尾時(shí)間選定失效率等級為三級,允許失效數(shù)Ac=2(截尾失效數(shù)rc=Ac+1=3);根據(jù)選定的失效率等級和Ac,由表2(引自GB/Z22203—2008)查出試驗(yàn)截尾時(shí)間Tc=5.32×104次。試驗(yàn)中,選定試品的試驗(yàn)截止時(shí)間為tz=4000次。根據(jù)Tc、Ac、tz,確定出試品數(shù)n為從批量生產(chǎn)的小型斷路器中抽取16臺進(jìn)行操作可靠性試驗(yàn)4000次。由于1臺設(shè)備能同時(shí)對8臺試品試驗(yàn),因此試驗(yàn)分2組進(jìn)行。編號20090601~20090608的試品為第1組進(jìn)行了瞬動試驗(yàn)與操作可靠性試驗(yàn),編號為20090609~20090616的試品為第2組只進(jìn)行操作可靠性試驗(yàn)。2.4.2測定量表的確定選定成功率等級為三級,允許失效數(shù)Ac=2(截尾失效數(shù)rc=Ac+1=3)。(1)根據(jù)選定的成功率等級和Ac,由表3(引自國家標(biāo)準(zhǔn)GB/Z22203—2008)查出作接收判決時(shí)所要求的試驗(yàn)數(shù)nf=265次。試驗(yàn)中,選定試品的試驗(yàn)截止次數(shù)為nz次。(2)根據(jù)nf、Ac、nz,確定出試品數(shù)n為于是,抽取編號為20090601~20090608的8臺試品進(jìn)行了瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn),此8臺試品先進(jìn)行瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn)5次,再進(jìn)行操作可靠性試驗(yàn)4000次,操作可靠性試驗(yàn)結(jié)束后再進(jìn)行5次瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn)。2.5次數(shù)次的時(shí)候失效次數(shù)未達(dá)到2次(1)操作可靠性試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從操作可靠性試驗(yàn)結(jié)果中可以看出,編號為20090602的試品的第4個(gè)觸頭在第1958次和2025次操作的時(shí)候均失效1次,失效類型都是觸頭斷開失效,共失效2次,故判定此試品失效。編號為20090604的試品在操作240次的時(shí)候失效1次,未達(dá)到2次,故此試品未失效。編號為20090608的試品的第1個(gè)觸頭在第855次操作的時(shí)候失效1次,失效類型是觸頭斷開失效,在第863次操作的時(shí)候失效1次,失效類型是觸頭閉合失效,共失效2次,故判定此試品失效。因此在操作可靠性試驗(yàn)中試品20090604和20090608失效,這2臺試品不再進(jìn)行瞬動可靠性和可靠性試驗(yàn)后的試驗(yàn)。經(jīng)檢查試品20090604操作手柄有破損,試品20090608的操作手柄脫落,引起不能正常分合閘而失效,經(jīng)檢測極有可能是由于電動操作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不對稱使試品受力不均勻引起。(2)瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn)結(jié)果可以看出,在瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn)中編號為20090601的試品在第一次對第4個(gè)觸頭施加5倍額定電流的時(shí)候發(fā)生誤動作,失效1次,未達(dá)到2次,所以此試品未失效。因此,在瞬動保護(hù)可靠性試驗(yàn)中沒有失效試品。3試驗(yàn)過程和裝置對未失效的其他14臺試品進(jìn)行可靠性試驗(yàn)后試驗(yàn)。(1)試品均無下列現(xiàn)象:(1)過度磨損;(2)動觸頭位置和指示裝置相應(yīng)位置之間的偏移;(3)外殼損壞至能被試驗(yàn)觸指觸及帶電部件;(4)電氣或機(jī)械連接的松動;(5)密封化合物滲漏。(2)此外,試品符合GB10963.1的9.10.1.2的試驗(yàn)要求,并且符合其9.7.3中規(guī)定的介電強(qiáng)度試驗(yàn)。4操作失效率等級試驗(yàn)中實(shí)際發(fā)生故障數(shù)r=2,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判定規(guī)則,其累積相關(guān)試驗(yàn)時(shí)間T已超過截尾時(shí)間Tc,而相關(guān)失效數(shù)r未達(dá)到截尾失效數(shù)r(即r≤Ac),應(yīng)判為試驗(yàn)合格(接收),即該批小型斷路器的操作失效率等級達(dá)到了三級。由表5可見,試驗(yàn)中實(shí)際發(fā)生故障數(shù)r=1,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判定規(guī)則,其累積試驗(yàn)次數(shù)nΣ已超過了作接收判決時(shí)所要求的試驗(yàn)數(shù)