Установки повышения коэффициента мощности и конденсаторы. Часть вторая. Нормативные документы оценки надежности

Завод конденсаторных установок «МИРКОН» предлагает к ознакомлению цикл статей, посвящённых конденсаторам и установкам повышения коэффициента мощности. Вторая публикация цикла рассказывает об отечественной и зарубежной нормативно-правовой базе прогнозирования срока службы и интенсивности отказов электрических и электронных компонентов, а также содержит актуальные стандарты для определения срока службы и интенсивности отказов конденсаторов УКРМ. Первая часть цикла здесь.

MIL-HDBK-217

На текущий момент следует отметить, что отечественный ГОСТ Р 51901.5-2005 (МЭК 60300-3-1:2003) не пригоден для оценки срока службы и интенсивности отказов компонентов конденсаторных установок, а в международной практике к основополагающим документам можно отнести MIL-HDBK-217 (актуальная версия MIL-HDBK-217F NOTICE 2) — стандарт-руководство Министерства обороны США эмпирических моделей интенсивности отказов электрических/электронных компоненты в 14-ти вариантах условий окружающей среды во время эксплуатации на базе двух основных подходов прогнозирования — модели стресса (part stress) и модель экспресс-оценки (part count).

MIL-HDBK-217F стал базой для создания стандарта SN 29500, применяемого Siemens AG и всей группой компаний Siemens для прогнозирования надежности, программного обеспечения Item, которое используется для прогнозирования отказов продуктов группы компаний Airbus, прогнозов FIDES, а также лег в основу IEC TR 62380-2004, сегодня замененным IEC 61709-2017. В MIL-HDBK-217F в разделе 10-1 выведена формула интенсивности отказов конденсаторов.

Где:
базовая частота отказов (λв) может быть взята из справочной таблицы для определенного типа конденсатора или рассчитана по формуле с использованием максимально допустимой температуры эксплуатации и отношения реального напряжения к номинальному (для пленочных конденсаторов с металлизированным диэлектриком — пленкой, бумагой, пленкой и бумагой базовая частота отказов 0.00051);

Где:
факторы (π) температуры (т), емкости ©, стрессового напряжения (v), добротности (Q — величина, обратная тангенсу угла потерь) и окружающей среды (Е). Рис. Факторы, влияющие на интенсивность отказов по MIL-HDBK-217F и их справочные значения для расчетов (для пленочных металлизированных конденсаторов значения из столбца 1 рисунков 1, 2 ).

IEC TR 62380-2004

Стандарт продолжает использоваться при разработке программного обеспечения прогнозирования надежности, а в разделе 10.1 определена математическая модель расчета с использованием факторов температуры и влияния (influence factor — πn).

IEC TR 62380-2004 приводит график определения температурного фактора, в целом совпадающего со справочными значениями MIL-HDBK-217F, а также формулу расчета фактора влияния для разного числа циклов коммутаций (включения, отключения) конденсаторов в год:

При этом в стандарте определено, что представленная модель может использоваться только при расчете интенсивности отказов в условиях, когда отношение действующего и номинального напряжения для помехоподавляющих конденсаторов не выше 0.8 (для других не выше 0.2) — практически аналогично значениям 1.0 фактора стрессового напряжения MIL-HDBK-217F при отношениях 0.2-0.3.

IEC 61709-2017

IEC 61709-2017 содержит материалы, где выводятся формулы срока службы и интенсивности отказов — соответственно tsl=tsl,ref·1/πv·1/πt·1/πс и λ=λref·πV·πT·πс — через факторы температуры πt, емкости πс и напряжения πv (более детально), значения которых выбираются из справочных таблиц или графиков.

Видно, что в таблицах IEC 61709:2017 пороговое значение фактора температуры 1.0, после которого начинается негативное влияние на срок службы и интенсивность отказов при компенсации реактивной мощности завышено (40 градусов вместо 30 в MIL-HDBK-217F и IEC TR 62380-2004), а фактора напряжения наоборот занижено (0.5 вместо 0.3 в MIL-HDBK-217F и 0.2 в IEC TR 62380-2004), что наверняка обусловлено лоббированием производителей конденсаторов своих интересов.

Тем не менее понятно, что заявленные производителем сроки службы конденсаторов, а также интенсивность их отказов (если она заявлена) нужно пересчитывать и параллельно создавать на объекте условия эксплуатации, максимально приближенные к условиям моделирования параметров.

Часть третья