ГОСТ 24898-81 Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Методика расчета показателей безотказности
* Ограничение срока действия снято по протоколу N б/н Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 2, 1993 год). - Примечание изготовителя базы данных.
Настоящий стандарт распространяется на системы электроснабжения самолетов и вертолетов и устанавливает методику расчета показателей безотказности этих систем на этапе проектирования.
Термины, применяемые в стандарте, и их определения приведены в справочном приложении 1.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. При расчете показателей безотказности систему электроснабжения представляют как систему с несколькими входами и выходами, состоящую из первичной и вторичной систем генерирования, а также систем распределения электроэнергии переменного и постоянного тока.
1.2. Входами системы электроснабжения приняты выходные валы коробок приводов маршевых двигателей или вал несущего винта вертолета и выходной вал коробки приводов двигателя вспомогательной силовой установки (ВСУ).
1.3. Выходами системы электроснабжения приняты шины распределительных устройств (РУ) переменного и постоянного тока.
1.4. Входы первичной системы генерирования совпадают с входами системы электроснабжения.
1.5. Выходами первичной системы генерирования приняты центральные распределительные устройства (ЦРУ).
1.6. Входами вторичной системы генерирования приняты ЦРУ (РУ) системы распределения электроэнергии, к которым подключены входные выводы преобразователей (выпрямительных устройств).
1.7. Выходами вторичной системы генерирования приняты ЦРУ, к которым подключены выходные выводы преобразователей (выпрямительных устройств).
1.8. Входами систем распределения электроэнергии приняты ЦРУ (места подключения генераторов выпрямительных устройств или преобразователей).
1.9. Выходы систем распределения электроэнергии совпадают с выходами системы электроснабжения.
1.10. Методика позволяет определить следующие показатели безотказности:
вероятность безотказной работы системы электроснабжения;
среднюю наработку системы до конкретного вида отказа.
1.11. Расчет показателей безотказности систем электроснабжения производится при следующих условиях:
поток отказов - пуассоновский;
перед каждым полетом обеспечивается исправное состояние системы электроснабжения и ее элементов;
вероятность срабатывания аппаратов защиты сети при коротких замыканиях в зоне работы защиты равна 1.
1.12. При расчете показателей безотказности должны определяться следующие состояния системы электроснабжения:
повышение температуры в системе электроснабжения за допустимые пределы,
аварийная работа и
длительная ненормальная работа системы электроснабжения в целом, а также для каждого и (или) заданного сочетания состояния РУ при всех или заданных несовместных состояниях системы (двигателей).
Виды отказов системы электроснабжения и ее элементов приведены в рекомендуемом приложении 2.
2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ
2.1. Исходные данные
2.1.1. Исходными данными для расчета показателей безотказности являются:
технические требования к системе электроснабжения;
электрическая схема системы электроснабжения;
интенсивность отказов элементов системы электроснабжения;
2.1.2. Интенсивности отказов элементов системы электроснабжения должны быть получены на основе статистических данных об отказах этих элементов при эксплуатации.
2 13. При разработке новых функциональных блоков, входящих в состав системы генерирования или системы распределения электроэнергии, и отсутствии интенсивностей видов отказов этих блоков, последние рассчитываются по справочникам интенсивностей отказов элементов, входящих в блок.
Резервируемые элементы, когда порядок возникновения их отказов не влияет на работоспособность рассматриваемой системы электроснабжения, должны объединяться в один эквивалентный элемент (узел) с интенсивностью отказов, вычисляемой по формуле
2.1.4. При отсутствии в справочниках интенсивностей отказов элементов, входящих в функциональный блок, допускается устанавливать их на основании интенсивностей отказов аналогичных элементов.
2.1.5. Время, на которое рассчитываются показатели безотказности системы электроснабжения, должно соответствовать наибольшему возможному времени полета самолета (вертолета).
2.2. Метод логических схем
2.2.1. Метод логических схем должен применяться для расчета показателей безотказности системы электроснабжения или отдельных ее участков, если порядок возникновения отказов отдельных элементов системы электроснабжения не влияет на ее работоспособность.
2.2.2. При использовании метода логических схем результаты анализа работоспособности системы электроснабжения представляют в виде логических условий появления отказов в зависимости от состояния ее элементов и вычисления вероятностей этих отказов.
2.2.4. Вероятность безотказной работы системы, состоящей из параллельно соединенных элементов, вычисляют по формуле
2.2.5. Вероятности безотказной работы системы, элементы которой соединены последовательно-параллельно, вычисляют по формулам (2) и (3).
2.3. Табличный метод
2.3.1. Табличный метод должен применяться для расчета показателей безотказности системы или отдельных ее участков, в которых порядок возникновения отказов отдельных элементов системы влияет на ее работоспособность.
2.3.2. При использовании табличного метода результаты анализа показателей безотказности системы электроснабжения или ее части представляют в виде таблицы несовместных состояний системы электроснабжения и последующего вычисления вероятностей этих состояний.
2.3.3. Табличным методом вычисляют вероятности видов отказов канала или системы электроснабжения (генерирования, распределения) с учетом последовательностей их возникновения.
Отказы элементов, при которых система остается работоспособной
Состояние системы при отказах
Порядок отказов элементов системы
Отказы первого порядка
Отказы второго порядка
Отказы третьего порядка
Отказы четвертого порядка
Примечание. Работоспособное состояние соответствует нормальной или частичной работе системы.
Один элемент системы может иметь несколько видов отказов, при этом каждому виду отказа присваивается свой номер.
2.3.5. Порядок заполнения табл.1
2.3.5.4. Формирование состояний системы, соответствующих отказам элементов третьего порядка, производят аналогично, т.е. все состояния второго порядка, соответствующие нормальной или частичной работе при отказах элементов и указывают в заголовках строк, следующих за строками второго порядка, на пересечении полученных новых строк и тех же колонок таблицы заносят состояния системы, соответствующие отказам элементов третьего порядка , , и т.д.
где ; -го отказа ( ) элемента системы.
2.3.8. Вероятность состояния системы и (отказ второго порядка), вычисляют по формуле
где … , - сумма интенсивностей отказов и ; - сумма интенсивностей отказов , , .
Если после -го отказа ( и не входят также интенсивности отказов
где - сумма интенсивностей тех видов отказов элементов, без которых невозможен рассматриваемый вид отказа системы;
2.4. Вероятность аварийной работы системы электроснабжения рассчитывают с учетом безотказности аварийных источников (аккумуляторов и преобразователей).
2.5. Вероятности частичной работы системы электроснабжения рассчитывают с учетом источников, установленных на ВСУ.
2.6. Среднюю наработку системы до конкретного вида отказа вычисляют по формуле
2.7. Порядок расчета показателей безотказности
2.7.1. Перед расчетом должен быть проведен анализ принципиальных и (или) монтажных схем системы электроснабжения, определены участки схем, состояния которых могут быть рассчитаны независимо от других участков (каналы системы генерирования, каналы системы распределения электроэнергии, отдельные РУ для заданных состояний входов).
2.7.2. Отдельные участки схемы системы электроснабжения следует рассматривать как самостоятельные схемы со своими входами и выходами.
2.7.3. Для каждого заданного состояния входов определяют вероятности следующих состояний системы электроснабжения:
длительной ненормальной работы,
а также вероятности состояний каждой шины и сочетаний шин, обеспечивающих работу приемников 1 и 2-й категорий (частичная работа системы электроснабжения).
2.7.4. Результаты расчета состояний системы электроснабжения оформляют в виде табл.2, а результаты расчета состояний каждой шины или сочетания шин могут быть представлены аналогично табл.2.
Значение показателей безотказности системы электроснабжения
Состояние системы электрос-набжения
Все входы испра-вны
Отказ одного входа
Отказ одного из входов
Отказ двух входов
Отказ всех входов
Исправен один вход
Испра-вен один из входов
Отказ всех двига-телей
Длительная ненормальная работа
2.7.5. Вероятность повышения температуры за допустимые пределы из-за выхода из строя подшипников в системе генерирования и неустраненных коротких замыканий на ЦРУ определяют по формуле
где - вероятность повышения температуры в канале системы генерирования за допустимые пределы;
2.7.6. Пример расчета показателей безотказности приведен в справочном приложении 3.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное). ТЕРМИНЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТАНДАРТЕ, И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Система электроснабжения самолета или вертолета
Система генерирования электроэнергии
Система распределения электроэнергии
Приемник электрической энергии
Нормальная работа системы электроснабжения
Частичная работа системы электроснабжения
Аварийная работа системы электроснабжения
Ненормальная работа системы электроснабжения
Длительная ненормальная работа системы электроснабжения
Ненормальная работа системы электроснабжения длительностью более 7 с
Длительная ненормальная работа
Центральное распределительное устройство
Устройство, к которому подключают выходные силовые цепи и цепи контроля системы генерирования, входные цепи системы распределения и линии электропитания приемников электроэнергии
Устройство, к которому подключают линии питания приемников электроэнергии
Линия передачи электроэнергии, содержащая в каждой фазе два или более параллельно соединенных проводов
Линия передачи электроэнергии, содержащая в каждой фазе один провод
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое). ВИДЫ ОТКАЗОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Рекомендуемое
1. Виды отказов систем электроснабжения устанавливаются по их влиянию на качество электроэнергии на шинах РУ или на тепловой режим элементов системы электроснабжения.
2. Виды отказов системы электроснабжения (первичной системы генерирования)
2.1. Повышение температуры в системе за допустимые пределы.
2.2. Повышение модуляции напряжения за допустимые для нормальной работы пределы (автоколебания напряжения).
2.3. Повышение модуляции частоты за допустимые для нормальной работы пределы (автоколебания частоты).
2.4. Повышение напряжения за допустимые для нормальной или аварийной работы пределы.
2.5. Понижение напряжения за допустимые для нормальной или аварийной работы пределы.
2.6. Повышение частоты за допустимые для нормальной или аварийной работы пределы.
2.7. Понижение частоты за допустимые для нормальной или аварийной работы пределы.
2.8. Увеличение искажений формы кривой переменного напряжения за допустимые пределы.
2.9. Увеличение небаланса напряжений за допустимые для нормальной или аварийной работы пределы.
2.10. Повышение пульсаций постоянного напряжения за допустимые пределы.
2.11. Отключение определенного числа каналов системы электроснабжения.
3. Виды отказов вторичной системы генерирования постоянного тока соответствуют видам, указанным в пп.2.1, 2.4; 2.5; 2.10, 2.11.
4. Виды отказов системы распределения электроэнергии соответствуют видам, указанным в пп.2.1; 2.5; 2.11.
5. Виды отказов элементов (функциональных блоков) системы генерирования приведены в табл.1.
Элементы системы генерирования
Привод постоянной частоты вращения
Снижение частоты за допустимые для нормальной работы пределы, но не ниже допустимого предела для длительной ненормальной работы
Снижение частоты за допустимые для длительной ненормальной работы пределы
Повышение частоты за допустимые для нормальной работы пределы, но не более допустимого предела для длительной ненормальной работы
Повышение частоты за допустимые для длительной ненормальной работы пределы
Повышение модуляции частоты за допустимые пределы
Повышение температуры за допустимые пределы
Генератор переменного (постоянного) тока
Короткое замыкание в якоре генератора
Снижение напряжения на выходе генератора (в точке регулирования) за допустимые для длительной ненормальной работы пределы
Обрыв обмотки переменного (постоянного) тока
Обрыв фидера генератора
Короткое замыкание фидера генератора
Снижение напряжения в точке регулирования за допустимые пределы для длительной ненормальной работы
Повышение напряжения в точке регулирования за допустимые для длительной ненормальной работы пределы
Нарушение распределения реактивных мощностей (для постоянного тока активных мощностей)
Повышение модуляции напряжения за допустимые пределы
Отказ ограничителя напряжения
Снижение напряжения в точке регулирования за допустимые для нормальной работы пределы, но не ниже допустимого предела для длительной ненормальной работы
Повышение напряжения в точке регулирования за допустимые для нормальной работы пределы, но не более допустимого предела для длительной ненормальной работы
Повышение частоты за допустимые для нормальной работы пределы, но не более допустимого для длительной ненормальной работы предела
Повышение модуляции частоты за допустимые пределы
Ложное отключение от параллельной работы
Понижение частоты за допустимые для нормальной работы пределы, но не ниже допустимого предела для длительной ненормальной работы
Нарушение распределения активной мощности
Короткое замыкание обмоток трансформатора
Повышение пульсаций напряжения за допустимые пределы
Отказ защиты от короткого замыкания
Отказ трансформатора системы регулирования активной мощности
Отказ трансформатора защиты по полной мощности
Отказ трансформатора системы регулирования реактивной мощности
Аппаратура защиты и управления каналом генерирования
Ложное отключение канала
Несрабатывание защиты от короткого замыкания
Несрабатывание защиты от повышения напряжения
Несрабатывание защиты от понижения напряжения
Несрабатывание защиты от несимметрии напряжения
Несрабатывание защиты от повышения частоты, если частота в системе находится в диапазоне 420-480 Гц или понижения частоты, если частота в системе находится в диапазоне 380-320 Гц
Несрабатывание защиты от понижения частоты до значения менее 320 Гц
Несрабатывание защиты от повышения частоты до значения более 480 Гц
Ложное отключение от повышенного или пониженного напряжения из-за несрабатывания дискриминатора
Невключение контактора параллельной работы
Потеря сигнала на включение контактора параллельной работы
Несрабатывание логики защиты от неравномерного распределения токов в каналах системы (
Отсутствие расшунтирования уравнительных цепей защиты по
Отказ общей части всех видов защиты канала генерирования
Понижение напряжения за допустимые для аварийной работы пределы
Повышение температуры за допустимые пределы
Понижение напряжения и (или) частоты за допустимые для аварийной работы пределы
Повышение температуры за допустимые пределы
6. Виды отказов элементов системы распределения электроэнергии приведены в табл.2.
Элементы системы распределения
Короткое замыкание (КЗ) шины на корпус
Электрические соединители, болтовые соединения, пайки и другие элементы электрических соединений
Коммутационный аппарат-контактор (реле)
Обрыв обмотки контактора
Замыкание нормально-разомкнутых контактов
Незамыкание нормально-разомкнутых контактов
Аппарат переключения шин
Выдача ложного сигнала на переключение шины
Потеря управления исполнительными цепями
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (справочное). ПРИМЕР РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Справочное
1. Описание функционирования системы электроснабжения
1.1. В качестве примера рассматривается типовая двухканальная система электроснабжения (черт.1). Первичная система электроснабжения переменного тока состоит из двух каналов, которые могут работать раздельно или параллельно. Вторичная система электроснабжения постоянного тока также состоит из двух раздельно работающих каналов. Каждый канал системы электроснабжения переменного и постоянного тока состоит из системы генерирования и системы распределения электроэнергии соответственно переменного и постоянного тока.
1.2. В состав канала системы генерирования переменного тока (КГ1, КГ2) входят:
привод постоянной частоты вращения (ППЧВ);
генератор переменного тока (ГТ);
блок регулирования напряжения (БРН);
блок защиты и управления (БЗУ);
блок регулирования частоты (БРЧ);
блок трансформаторов тока (БТТ).
Кроме того, в состав системы генерирования для удобства расчета включена коммутационная аппаратура, фильтры локализации радиопомех, ЦРУ, линии и аппаратура переключения ЦРУ.
В состав канала системы распределения электроэнергии переменного тока входят:
РУ, соединенные линиями с соответствующими ЦРУ, в данном примере в один канал входят РУ1, РУ3 и РУ5, а в другой - РУ2, РУ4, РУ6 (см. черт.1);
трехфазные линии, соединяющие соответствующие РУ и ЦРУ;
аппаратура коммутации и защиты сети;
автоматы переключения шин (АПШ).
Следует учитывать, что основные линии расщепленные, каждая фаза содержит три провода, резервные линии нерасщепленные.
В состав канала системы генерирования постоянного тока (ВУ1, ВУ2) входят:
выпрямительное устройство (ВУ), питающееся от ЦРУ (или РУ) соответствующего канала системы электроснабжения переменного тока;
аппаратура и линии переключения ЦРУ постоянного тока;
ЦРУ постоянного тока;
аппаратура защиты фидера ВУ и линий переключения.
В состав канала системы распределения электроэнергии постоянного тока входят:
РУ, соединенные линиями с соответствующими ЦРУ, в данном примере в один канал входят РУ7, РУ9, РУ10, а в другой - РУ8, РУ11, РУ12 (см. черт.1);
линии, соединяющие РУ и ЦРУ соответствующего канала системы распределения электроэнергии;
аппаратура защиты и коммутации сети.
Каждый канал системы электроснабжения переменного тока может работать независимо от другого канала. При выходе из строя одного из каналов системы генерирования (генератора, привода, двигателя и т.д.) аппаратура защиты системы генерирования (БЗУ) выдает сигнал на отключение и подключение его к исправному каналу системы генерирования (исправному ЦРУ). В системе распределения электроэнергии переменного тока предусмотрено резервирование питания РУ5 и РУ6. При отклонениях напряжения и частоты за допустимые ГОСТ 19705-81 пределы для нормального режима АПШ выдает сигнал на отключение РУ5 (РУ6) от соответствующего канала системы распределения электроэнергии и подключение его к РУ6 (РУ5) другого канала системы распределения электроэнергии.
В системе электроснабжения имеются также аварийные источники электроэнергии - аккумуляторные батареи (GB1, GB2) и статические преобразователи (G1, G2), работа которых необходима при отказе основных источников электроэнергии генераторов переменного тока и (или) других элементов системы генерирования, приводящих к обесточиванию ЦРУ1 и ЦРУ2.
2. Разделение системы электроснабжения на отдельные функциональные части
Требуемое качество электроэнергии должно поддерживаться на выводах приемников по ГОСТ 19705-81, при этом соответствующее качество электроэнергии в точке регулирования (на ЦРУ) обеспечивается системой генерирования. Таким образом, система генерирования обеспечивает качество электроэнергии на ЦРУ, соответствующее требованиям ГОСТ 19705-81 для точки регулирования, а качество электроэнергии на выводах приемников обеспечивает система распределения электроэнергии при условии, что в точке регулирования качество электроэнергии соответствует требованиям ГОСТ 19705-81.
В соответствии с п.2.7.1 настоящего стандарта система электроснабжения должна быть разделена на систему генерирования и систему распределения электроэнергии. В данном примере имеются первичная и вторичная системы электроснабжения (соответственно переменного и постоянного тока), поэтому схема (см. черт.1) разделена на четыре части:
система генерирования переменного тока;
система распределения электроэнергии переменного тока;
система генерирования постоянного тока;
система распределения электроэнергии постоянного тока.
3. Система генерирования переменного тока
Для расчета показателей безотказности работы схемы (см. черт.2) предварительно определяют вероятность безотказной работы одного раздельно работающего КГ1 (КГ2), до контактов контактора К4 (К5).
3.2. Принятые при расчете интенсивности отказов отдельных элементов (блоков) канала системы генерирования до включающего контактора приведены в табл.1.