ЗАВИСИМОСТЬ РЕСУРСА ПЛЁНОЧНЫХ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ОТ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОБИВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИХ ИЗОЛЯЦИИ

Буторин В.А.¹, Ткачев А.Н.²

¹Докт. техн. наук, профессор; ²ассистент, кафедра «Электрические машины и эксплуатация электрооборудования в сельском хозяйстве», Челябинская государственная агроинженерная академия

ЗАВИСИМОСТЬ РЕСУРСА ПЛЁНОЧНЫХ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ОТ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОБИВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИХ ИЗОЛЯЦИИ

Аннотация

В работе получено выражение ресурса плёночных электронагревателей в виде функции плотности распределения. Согласно итоговому выражению ресурс зависит от параметров скорости и характера изменения пробивного напряжения со временем. Что, в свою очередь, достигается с помощью теории активного планирования эксперимента для ускоренных стендовых испытаний.

Ключевые слова: плёночный электронагреватель, ресурс, пробивное напряжение, изоляция.

Butorin V.A.¹, Tkachev A.N.²

¹Doctor of technical science, professor; ²assistant, Department of Electrical Machines and exploitation of electrical equipment in agriculture, Chelyabinsk State Agroengineering Academy

DEPENDENCE OF FILM ELECTRIC HEATERS USEFUL LIFE FROM PARAMETERS CHANGES THE BREAKDOWN VOLTAGE OF INSULATION

Abstract

Expression of film electric heater useful life was found in this work in form of the density distribution function. The useful life depends of the parameters of speed and character of changing the breakdown voltage in time according with the result expression. In one's part this achieved by the theory of the active planning experiment for accelerated bench test.

Keywords: film electric heater, useful life, breakdown voltage, insulation.

Время эксплуатации электрооборудования значительно зависит от состояния его изоляции. Нами проводятся исследования состояния изоляции плёночных лучистых электронагревателей (ПЛЭН), получивших широкое распространение для обогрева различных объектов бытового, промышленного и сельскохозяйственного назначения. Оценка технического состояния изоляции ПЛЭН проводится по определяющему параметру – пробивному напряжению. На основании результатов испытаний плёночных электронагревателей на пробивное напряжение можно, в конечном итоге, судить об их ресурсе. Решение данной задачи является необходимым условием для проведения полного и грамотного технического обслуживания и текущего ремонта данных нагревателей в рамках системы планово-предупредительного ремонта электрооборудования.

Ранее нами была приведена зависимость текущей величины напряжения пробоя изоляции от наработки ПЛЭН [1]

    (1)

где U – пробивное напряжение изоляции, В; U₀ – пробивное напряжение изоляции после периода приработки, В; V – величина, характеризующая скоростной режим изнашивания, В/ч^α; t – наработка, ч; α – безразмерный показатель процесса изнашивания при строго постоянных условиях испытаний, определяющий характер изменения пробивного напряжения.

Ресурс плёночных электронагревателей из выражения (1) можно определить следующим образом:

    (2)

где T – ресурс, ч; U_пр – предельно-допустимое значение пробивного напряжения изоляции, В.

Параметры U₀, U_пр и α являются постоянными для каждого типоразмера плёночных электронагревателей. Конструктивные особенности и технология изготовления ПЛЭН отображаются показателем α. Значение предельно-допустимого пробивного напряжения изоляции U_пр определяется опасностью ее дальнейшей эксплуатации и нормируется документами.

Значит, ресурс изоляции ПЛЭН является функцией одной величины V. Непосредственно в ходе эксперимента возможно определение величины пробивного напряжения U. Поэтому, введём в рассмотрение скорость изменения пробивного напряжения U со временем: y = dU/dt. Взяв производную по пробивному напряжению из равенства (1), получаем

    (3)

где y(t=1) – скорость изменения y пробивного напряжения при единичной наработке, В/ч; τ – коэффициент, введенный для согласования размерности, ч^1-α.

За единичную наработку t = 1 при вычислении ресурса принимается удобный при проведении эксперимента и последующей обработке временной интервал от начала стендовых испытаний после периода приработки.

При подстановке выражения (3) в (2) получаем ресурс ПЛЭН

     (4)

На испытательном стенде проводится серия опытов, по результатам которых рассчитывается показатель α по методу наименьших квадратов [2]

        (5)

где n – число наблюдений; x_i = lg(t_i) – логарифм значения наработки t_i от начала наблюдения до замера величины изменения U_i; y_i = lg(U₀ – U_i) – логарифм значения изменения пробивного напряжения изоляции за наработку t_i.

Плотность распределения ресурса изоляции находится по равенству [3]

    (6)

где f[V] – плотность распределения величины V; V(T) – функция обратная (2); |V'(T)| – абсолютное значение первой производной функции V(T).

Итоговое выражение плотности распределения ресурса изоляции ПЛЭН через параметры скорости изменения пробивного напряжения при единичной наработке получается таким:

      (7)

где m_y(t=1), σ_y(t=1) – соответственно математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение величины y при единичной наработке.

Получение значений параметров скорости изменения пробивного напряжения m_y(t=1) и σ_y(t=1), необходимых для вычисления плотности распределения ресурса изоляции ПЛЭН (7), проводится с помощью теории активного планирования эксперимента для ускоренных стендовых испытаний. Это позволит значительно сократить время проведения испытаний для определения ресурса рассматриваемых устройств.