Главная » 2014 » Июнь » 19 » Скачать Техническая диагностика кабельных изделий низкого напряжения с пластмассовой изоляцией. Боев, Михаил Андреевич бесплатно
1:37 AM
Скачать Техническая диагностика кабельных изделий низкого напряжения с пластмассовой изоляцией. Боев, Михаил Андреевич бесплатно
Техническая диагностика кабельных изделий низкого напряжения с пластмассовой изоляцией
Диссертация
Автор: Боев, Михаил Андреевич
Название: Техническая диагностика кабельных изделий низкого напряжения с пластмассовой изоляцией
Справка: Боев, Михаил Андреевич. Техническая диагностика кабельных изделий низкого напряжения с пластмассовой изоляцией : диссертация доктора технических наук : 05.09.02 Москва, 1997 320 c. : 71 97-5/477-7
Объем: 320 стр.
Информация: Москва, 1997
Содержание:
Введение
Глава 1 Задачи технической диагностики и выбор методики исследования ?
11 Краткая характеристика объекта исследования, анализ вероятности и причин возникновения отказов
12 Условия эксплуатации низкочастотных кабелей и проводов низкого напряжения с пластмассовой изоляцией на объектах
13 Анализ физических методов оценки надежности кабелей и проводов низкого напряжения
14 Постановка работы и ожидаемые результаты
Глава 2 Теоретические исследования закономерностей процесса старения и разработка методов технического диагностирования кабелей и проводов с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката и полиэтилена - ^
21 Теоретическая модель процесса старения изоляции из кабельного поливинилхлоридного пластиката
22 Разработка основанного на термо гравиметрии метода технического диагностирования кабельных изделий с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката
23 Теоретические исследования кинетики старения изоляции из полиэтилена
24 ? Разработка метода технического диагностирования
• -кабельных изделий'с изоляцией из полиэтилена по результатам • дифференциального термичеехото анализа • ^ 66
Глава 3 Экспериментальные исследования кинетических закономерностей процесса старения кабелей и проводов методами технического диагностирования
31 Экспериментальное исследование десорбции пластификатора из поливинилхлоридного пластиката
32 Влияние конструкции кабельного изделия с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката на кинетику старения
33 Экспериментальные исследования кинетики расхода антиоксиданта и изменения индукциоиного периода окисления полиэтилена
34 Исчерпание индукционного периода окисления полиэтилена в различных режимах старения
Глава 4 Исследование корреляций эксплуатационных свойств кабелей и проводов и диагностических параметров путем моделирования физического состояния полимерной изоляции
41 Прогнозирование электрических свойств изоляции из поливинилхлоридного пластиката по диагностическому параметру
42 Изменение электрических свойств изоляции из полиэтилена при расходовании антиоксиданта
43 Определение физико-механических параметров и холодостойкости поливинилхлоридного пластиката по величине диагностического параметра •
Глава 5 Проведение технического диагностирования кабелей и проводов в условиях длительной эксплуатации
51 Алгоритм проведения технического диагностирования * кабельной сети на объектах
52 Практические результаты технического диагностирования кабельных изделий на объектах
Введение:
Проблема диагностирования технического состояния кабелей и проводов в эксплуатации впервые возникла для сложных, дорогостоящих и требующих повышенной надежности объектов судостроительной и авиационной техники. Поскольку кабельные сети обеспечивают работоспособность всех систем, имеют значительную протяженность : более 400 км кабелей на корабле и до 110 км проводов на самолете, и, в силу этого, повыпенную опасность повреждения в эксплуатации, в том числе в нештатных ситуациях, техническое состояние проводов и кабелей решающим образом влияет на надежность этих объектов.
В большинстве случаев кабельные изделия являются несъемной частью объекта, замена которой сопряжена с огромными материальными затратами и, в отдельных случаях, невозможна не разбирая объекта. В этой связи диагностирование кабелей и проводов должно проводиться без демонтажа с объекта. Результатом технического диагностирования согласно ГОСТ 20911-89 "Техническая диагностика. Основные термины и определения" является заключение о соответствии значений параметров объекта требованиям технической документации, а также прогнозирование технического состояния объекта на предстоящий интервал времени эксплуатации, при этом важно определить с заданной вероятностью момент возникновения отказов, связанных с наступлением предельного состояния в результате естественного процесса старения элементов конструкции -кабелей.
В соответствии с ГОСТ 27.002-89 "Надежность в технике. ОСновньге ферЫййьг и определения" отказ характеризуется неспособностью того или иного изделия выполнять заданные функции или рабочие параметры изделия не соответствуют установленным нормам. Различают несколько видов отказов, например, по возможности прогнозирования: внезапные и постепенные; П9 последствиям: критические, существенные и несущественные. Наряду с понятием "отказ" существует понятие "повреждение", которое заключается в нарушении исправного состояния изделия при сохранении его работоспособности.
Подробная классификация отказов и повреждений проведена техническим комитетом 56 Международной электротехнической комиссий (МЭК) Ы представлена в Международном электротехническом словаре (МЭС) - публикация МЭС 191. Отказ является принципиальным моментом при оценке надежности кабельной сети, поэтому существенным является изучение потока отказов и причин их возникновения при эксплуатации.
Наиболее важным в диагностировании технического состояния кабельных изделий является прогнозирование отказов, возникающих вследствие изнашивания и (или) старения {wearout failure), которые согласно ГОСТ 27.002-89 называют "деградационный отказ". Этот вид отказа, который обусловлен естественным процессом старения элементов конструкции кабельного изделия, возникает на заключительной стадии эксплуатации кабельной сети, когда вследствие физического износа кабели и провода теряют свои эксплуатационные свойства. Последствия деградационного отказа определяются ролью той электрической цепи в схеме работы объекта , где. произошёл отказ. По .своему проявлению- указанный отказ может быть также перемежающимся-, т.е. проявляться и самоуртра- . няться в зависимости от влажности, окружающей среды, и поэтому в определенные моменты является скрытым отказом, не обнаруживаемым штатными методами и средствами контроля.
Вероятность возникновения деградационных отказов кабельной сети в пределах полного и межремонтного срока службы объекта должна быть минимальна. С этой целью необходима разработка системы диагностирования и прогнозирования долговечности кабельной сети, позволяющей с учетом физической природы деградационных отказов рассчитывать допустимые сроки эксплуатации [1-3]. За пределами фактической долговечности кабельных изделий дегра-дационные отказы могут носить массовый характер и их устранение возможно, только путем замены.
Опыт ведущих зарубежных стран США, Англии, Японии и других показывает, что систематическое исследование надежности началось в 50-х годах, в это время была создана система сбора статистики об отказах военной аппаратуры, вскрывшая неудовлетворительные эксплуатационные характеристики [4]. К началу 60-х годов уже были разработаны специальные документы, регламентирующие основные требования к надежности, например, в военном ведомстве США выпел стандарт М1Ь-К-27542 (иЗАГ) "Требования к надежности для авиационных систем, подсистем и оборудования" [5]. Осуществляя сбор и систематизацию отказов изделий в сфере эксплуатации, были изданы специальные справочники [6-8].
Определение показателей надежности базировалось исключительно на статистических методах анализа отказов, что явилось основой широкого использования теории вероятностей [9]. В рамках такого подхода' для расчета показателей надежности кабельных-изделий необходимы результат^" испытаний или эксплуатации значительного' кбличества изделий. Так» чтобы подтвердить вероятность безотказной работы 0,999 при достоверности 0,9 и допустимом числе отказов, равном 0, необходимы результаты наблюдений за 2301 образцом. Учитывая, что испытывать такое количество образцов экономически не выгодно, для подтверждения показателей надежности кабельных изделий стали искать косвенные или физические методы испытаний на надежность [10, 11] . Использование этих методов позволяет, не доводя изделие до отказа,прогнозировать появление деградационных отказов с весьма высокой вероятностью.
Физические методы основаны на изучении физико-химических процессов, протекающих в отдельных элементах изделий при их эксплуатации и хранении и приводящих к отказам, при этом, как правило, устанавливают один или несколько доминирующих процессов, их зависимость от фактор'ов и уровня внешнего воздействия. Использование физических методов позволяет значительно сократить объем испытаний.
Монтзингер еще в 1930 году пришел к далеко не тривиальному, по тем временам, выводу, что первопричиной и критерием "конца жизни" изоляции является ее механическое разрушение [12] . При исследовании поливинилхлоридных пластикатов (ПВХЛ), например, замечено, что образец становится хрупким задолго до того, как наблюдается уменьшение его электрического сопротивления [13]. Поэтому диагностирование электрической изоляции всегда должно включать оценку физико-механического состояния.
Объектом исследований в данной работе выбраны кабели и провода-с пластмассовой изоляцией и". или полиэтилена {ПЭ1, предназначенные- для- .фиксированного монтажа низко-* час-тбтных цепей низкого напряжения. Такой выбор обусловлен маесовым характером производства таких кабельных изделий и широким использованием их на объектах общей техники- Анализ существующей номенклатуры кабельных изделий показывает, что при изготовлении около 30 % от всех, изготовленных в России марок кабельных изделий, используют ПВХП и около 40 % - ПЭ. Эти материалы обладают высокой технологичностью, хорошими механическими свойствами, стойкостью к агрессивным средам, высоким электрическим сопротивлением- Специфические требования к кабельным изделиям реализуют путем создания специальных композиций на основе этих материалов, при этом их свойства могут быть модифицированы также в процессе изготовления изделий.
Исследованию надежности кабельных изделий посвящены работы К.К.Абрамова, С.З.Ерухимовича, Л.И.Кранихфельда, И.Б. Пешкова, Б.С.Романова и других авторов, которые впервые использовали общие принципы теории надежности применительно к кабельным изделиям и заложили основы испытаний на надежность кабелей и проводов с учетом их специфики. Недавно опубликована монография профессора С.Д.Холодног.о, посвященная проблеме диагностики кабелей и проводов [14] .
Исследования по проблеме надежности кабелей и проводов начаты автором в 1974 году в научно-исследовательском институте кабельной промышленности. В данной работе представлен принципиально новый подход к оценке надежности, основанный на представлении о физико-химическом состоянии полимерной изоляции кабелей и проводов и определении диагностического показателя, характеризующего это состояние. Первая работа в этом направлении была опубликовала автором в восемьдесят втором году [15]. Использование нового подхода позволило значительно увеличить эффективность работ в области надежности кабельных изделий, перейти от подтверждающих к определительным испытаниям, обеспечило возможность внедрения инструментальных методов диагностирования технического состояния кабелей и проводов в сфере эксплуатации.
Использование методов термического анализа [16] полимеров сократило время испытаний- при оценке надежности, при этом перешли от испытаний образцов к испытаниям небольших проб массой в несколько миллиграмм, что привело к сохранению кабельной сети объектов при проведении технического диагностирования.
Целью данной работы является создание комплекса экспериментальных методов диагностирования кабельных изделий с пластмассовой изоляцией, изготовленных с применением ПВХП и ПЭ, включая "сшитый" ПЭ, и проведение с помощью этих методов исследований кабельных изделий после изготовления и в процессе длительной эксплуатации.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Изучение сопровождающих старение физико-химических процессов, которые протекают в изоляционных материалах кабельных изделий.
2. Установление диагностических параметров, характеризующих кинетику процесса старения.
3. Разработка методов диагностирования технического состояния кабельных изделий.
4. Проведение экспериментальных исследований разработанными меголами^раадишшх конструкций кабелей и .продолов.;, а состоянии пЬставки*, • в процессе ускоренной имитации старения, а также после эксплуатации и хранения.
5. Выполнение организационно-технических мероприятий для обеспечения проведения испытаний в условиях эксплуатирующих предприятий.
Научная новизна работы состоит в создании нового подхода к исследованию надежности кабельных изделий, заключающегося в определении модели эксплуатационного старения по превалирующему процессу; в выборе диагностического параметра, характеризующего этот процесс; в комплексном способе контроля и прогнозирования надежной эксплуатации по этому параметру.
При этом:
• установлены закономерности влияния содержания низкомолекулярных компонентов пластмассовой изоляции кабельных изделий Да долговечностью изделий, при этом для изоляции из ПВХП определены закономерности снижения содержания пластификатора, а для изоляции из ПЭ - антиоксиданта, в процессе старения;
• установлено, что десорбция пластификатора из ПВХП в режимах эксплуатационного старения лимитирована процессом конвективного массообмена на поверхности изоляции кабельного изделия. Предложено содержание пластификатора в ПВХП кабельных рецептур определять по данным термогравиметрии, как в динамическом, так и изотермическом режиме при нагреве выше температуры дегидро-хлорирования и ниже температуры пиролиза;
• впервые предложено анализировать индукционный период окисления ПЭ методом микрокалориметрии в динамическом режиме, при этом нагрев ведут со скоростью, выбранной из условий разделения тепловыделений, автокаталитического, термоокисления и плавления в постоянном потоке воздуха/ и измеряют значение температуры начала тепловыделения автокаталитического термоокисления.
Найдены оптимальные режимы для измерений, установлена зависимость температуры начала тепловыделений от скорости нагрева.
Научная новизна работы подтверждена получением авторских свидетельств на изобретения. ,
Практическая ценность работы состоит в следующем: решена важная для нашей страны задача - заложены научные основы диагностирования технического состояния кабелей и проводов в эксплуатации, включая прогнозирование остаточного срока службы на основе оценки диагностических параметров конструктивных элементов: изоляции и оболочки; определены принципы осуществления технического диагностирования кабельных изделий на действующих объектах.
Разработаны, апробированы и практически применены научно-обоснованные параметры и критерии предельного состояния полимерной изоляции для оценки показателей надежности кабелей и проводов в зависимости от условий эксплуатации. Алгоритм диагностирования предусматривает использование физических методов испытаний, которые отвечают современным требованиям, стандартизированы и изложены в нормативной документации (НД) .
Разработаны средства ^технического диагностирования на базе отечественной приборной техники, которые могут быть использованы на ремонтных предприятиях и непосредственно на объектах в период эксплуатации и ремонта.
Выполнен большой объем работ по диагностированию технического состояния кабелей на кораблях, самолетах и других объек-тах, продлению, гротгд сдужбыидо 25 - 30 дет, подтверждению их надежности при'различных внешних воздействующих факторах. Раз работаны для ремонтных предприятий инструкции по выполнению диагностирования, проведено их оснащение необходимыми средствами измерения.
Экономический эффект от использования разработанной систецы диагностирования, представляемый заказчиками, показывает техни-ко-экономическую целесообразность проведения технического диагностирования кабельных изделий, так как стоимость работ по техническому диагностированию значительно меньше тех затрат, которые возникают при отсутствии объективной информации о надежности кабельных изделий. Затраты, связанные с проведением технического диагностирования, не превышают нескольких процентов от общей стоимости бортовой кабельной сети.
В настоящее время разработанные методы технической диагностики широко используются при контроле качества кабельных изделий на производстве.
Таким образом, предложенный автором новый методологический подход к решению проблем оценки надежности кабелей и проводов, основанный на контроле диагностических параметров, позволил решить важную народнохозяйственную проблему: создания методов технического диагностирования кабельных изделий низкого напряжения с пластмассовой изоляцией.