CC BY
68
УДК 621.396
Лысенко А.В., Шнайдер А.Д., Михрячёв Д.А., Фильчиков Р.С., Надырбеков Г.Ж., Баннов В.Я.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ РЭС ОТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПО ТРЕБОВАНИЯМ СТАНДАРТА Р20
Представленная работа посвящается международной аббревиатуре 1Р — степень защиты. В статье говорится о предпосылках создания регламентов и стандартов по защите устройств от внешних воздействий. Дается определение аббревиатуры, расшифровка кода. Указывается минимальный и максимальный класс защиты 1Р. Повествуется о способах защиты ЭС. В заключении отмечается актуальность статьи в современно мире Ключевые слова:
СТЕПЕНЬ ЗАЩИТЫ, ЭЛЕКТРОПРИБОР, БЫТОВАЯ ТЕХНИКА, СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ, СТАНДАРТЫ, РЕГЛАМЕНТЫ, КЛАСС
ЗАЩИТЫ
Введение. Современный быт человека невозможно представить без применения электроэнергии. Буквально все, что нас окружает, а это обогрев, освещение, работа электроприборов и т.д. нуждается в потреблении электричества. Особое внимание потребитель обращает на цвет, форму и дизайн бытового прибора, не задумываясь о способах защиты устройства [1-4]. Не стоит забывать и о собственной безопасности, так как незащищенный электроприбор является источником повышенной опасности. При установке электрооборудования в помещении с повышенной влажностью необходимо обезопасить пользователя от короткого замыкания и поражения электрическим током, так как вода является хорошим проводником [5-7].
Если устройство размещается на улице, безусловно, стоит задуматься о защите от проникновения пыли и грязи, что способствует появлению коррозии, ухудшению работы оборудования и окислению контактов [8,9]. Все это может привести к несчастным случаям._
Для обеспечения безопасности были приняты стандарты, регламентирующие особенности конструкции и применения как пассивных, так и активных электроприборов [10-12]. Затем вводят такое понятие, как степень защиты IP (International Protection) - степень защиты.
IP (степень защиты) - способы защиты устройств, проверенные стандартными методами испытаний, которые предотвращают доступ к опасным частям. Помимо таких воздействий, как проникновение воды или твердых предметов извне, IP подразумевает и отсутствие вредных воздействий, способные влиять на работу элементов. Специальная маркировка позволяет определить уровень защищенности. Следом за международным знаком защиты IP следует пара цифр. Первая цифра обозначает защиту от проникновения во-внутрь корпуса электрооборудования твердых посторонних предметов, а вторая отвечает за влагостойкость устройства. На рисунках 1 и 2 показана подробная расшифровка всех цифр кода IP._
Первая цифра IP Вид защиты Описание
0 Защита отсутствует. Это означает, что конструкция полностью открыта для загрязнения. Также, небезопасна для человека от поражения электрическим током.
1 Защищено от проникновения внутрь устройства предметов крупнее 50 мм. Начальный уровень защиты. Частично предохраняет от случайных касаний человеком, полностью открыта для загрязнения.
2 Предохранение от попадания внутрь объектов крупнее 12,5 мм. Обеспечивает защиту человека от контактов с токопро-водящими элементами конструкции, однако не препятствует попаданию пыли.
3 Предохраняет от попадания внутрь предметов крупнее 2,5 мм. Конструкция защищает от попадания предметов крупнее 2,5 мм. Исключает соприкосновение человека или инструмента с токопроводящими элементами.
4 Предохраняет от попадания внутрь конструкции объектов размером более 1,0 мм. Более высокая степень защиты человека и внутренних элементов конструкции, однако не представляет препятствия от загрязнения пылью.
5 Частичная защита от пыли. В данной конструкции защиты полностью исключен контакт человека с токопроводящими элементами, а также ограничено попадания внутрь пыли.
6 Полная защита от пыли. Полная защита от проникновения предметов, пыли и др.
Рисунок 1 - Расшифровка первой цифры кода IP
Вторая цифра IP Вид защиты Описание
0 Защита отсутствует. Влага свободно проникает внутрь конструкции не встречая преград.
1 Защита от капель влаги, падающих вертикально. Начальный уровень влагоизоляции. Эта степень защиты предполагает, что вода не сможет навредить устройству только при падении сверху. Обычно речь идет о принципе навеса.
2 Защита от капель воды, падающих под углом до 15° Как правило, речь идет об усовершенствованном навесе.
3 Защита от капель воды, падающих под углом до 6 0 градусов. Более продвинутая степень защиты от атмосферных осадков, обеспечивает предохранение от попадания влаги при сильном ветре или брызг.
4 Предохраняет устройство от брызг Конструкция полностью защищена от атмосферных осадков при порывах ветра.
5 Защита от струй воды, падающих под любым углом. Степень защиты, практически полностью обеспечивающая вла-гоизоляцию в бытовых условиях.
6 Защита от динамического воздействия потоков воды Эта степень позволяет использовать оборудование на палубах морских судов.
7 Обеспечивается водонепроницаемость при полном погружении в воду. Погружение в воду на незначительную глубину, обычно до 1 м.
8 Полная влагозащита. Обеспечивает водонепроницаемость при погружении на значительные глубины. Выдерживает давление воды, которое указывается отдельно.
Рисунок 2 - Расшифровка второй цифры кода IP
1Р20 - является минимальным классом защиты, 1Р68 максимальным.
Класс 1Р20 означает - защиту от вертикально падающих капель и не допускает проникновения внутрь непосредственно или с помощью инструмента (защита от случайных травм).
Класс 1Р68 - пыленепроницаемый прибор, способный выдержать длительное погружение в воду под давлением.
Существуют различные способы защиты ЭС от воздействия внешней среды, в частности от климатических воздействий.
Большинство изоляционных материалов обладает низкой влагостойкостью вследствие высокой поверхностной смачиваемостью и пористости.
Требования к ЭС различны. Так, элементы, предназначенные для работы на высоких частотах, должны обладать постоянной емкостью. Одним из основных требований является сохранение в эксплуатационных условиях высокого сопротивления изоляции и электрической прочности.
Пропитка
К числу наиболее распространенных способов защиты относится пропитка воскообразными веществами, а также лаками на растворителях, естественными и искусственными смолами и всевозможными компаудами.
Поверхность деталей можно защищать от влияния влаги слоем покровных лаков и компаудов, что повышает также поверхностное сопротивление деталей. Однако это только замедляет процесс поглощения влаги.
Пропитка - процесс герметизации гигроскопических изделий путем заполнения пор, капилляров, трещин, воздушных зазоров диэлектрическими материалами, которые после обработки могут оставаться жидкими, застывать или отвердевать. Она обеспечивает повышение влагостойкости (вследствие заполнения пор); электрической прочности (устраняются воздушные промежутки, которые могут ионизироваться и приводить к пробою даже в герметичных условиях); механической прочности (вследствие склеивания витков обмоток и т.д.); улучшение теплоотвода (из-за вытеснения воздуха при пропитке обмоток улучшается теплоотвод от внутренних слоев обмотки)
Чтобы пропиточный материал мог проникнуть в поры, он должен быть низкомалекулярным, так как в противном случае крупные молекулы будут отфильтровываться на поверхности и внутрь проникнет лишь растворитель. Другим требованием к пропитывающему составу является вязкость, достичь которой можно применением растворителя.
Различают пропитку:
1) при атмосферном давлении;
2) пропитку под вакуумом;
3) комбинированную пропитку.
Пропиточный состав должен обладать хорошей адгезией к материалу изделия, иначе со временем образуются зазоры, куда проникает влага.
Обволакивание изделий пленка из органических электриков
Процесс обволакивания создает покровные оболочки на поверхности изделий, предназначенных для кратковременной работы в условиях влажной работы.
Обволакивание не обеспечивает надежной вла-гозащиты, так как между металлическими выводами
и защитной пленкой неизбежно появляются микроскопические каналы и зазоры за счет разности ТКЛР и усадки.
К материалам, применяемы для создания защитных оболочек, предъявляют требования:
1) высокая адгезия к материалам покрываемого изделия;
2) достаточная механическая прочность;
3) малая влагопроницаемость;
4) высокие электроизоляционные свойства;
Процесс нанесения покровного слоя осуществляется несколькими способами: окунанием, прессованием и прессовкой.
Наиболее простой способ - окунание. В процессе прессования изделие, установленное и зафиксированное в пресс-форме, обволакивается расплавленным термопластичным материалом под давлением.
Заливка узлов и блоков электронных средств
Заливкой называется процесс заполнения лаками, смолами или компаундами свободного пространства между деталями, отдельными изделиями или узлами.
Заливка, помимо защиты от климатических воздействий, повышает механическую прочность и стойкость против вибрационных нагрузок за счет некоторой эластичности заливочного материала.
Процесс заливки состоит из следующих операций;
1) подготовка формы;
2) фиксация изделия в форме;
3) сушка изделия;
4) заливка;
5) полимеризация компаунда;
6) контроль.
Герметизация
Наиболее элективный способ защиты и повышения надежности - помещение в специальные кожух и оболочки из металлов, керамики или стекла. Однако это дорогие оболочки. Порой применяют более дешевые и простые корпуса из органических материалов.
Герметизация осуществляется пайкой швов, электроконтактной или дуговой сваркой, холодной сваркой, закатной, уплотняющими прокладками из вакуумно-плотной резины.
Герметизация отдельных деталей и узлов обеспечивает их замену без нарушения герметизации остальных частей, но ведет к увеличению веса и стоимости, дешевле и проще - герметизация всего блока в одном кожу, но это затрудняет ремонт.
Заключение
Защита устройств является актуальной проблемой в современном мире, так как жизнь человека сложно представить без помощи электрооборудования. В связи с этим принимаются стандарты и регламенты, следуя которым можно обеспечить максимально долгую работу техники и обезопасить себя от всевозможных чрезвычайных ситуаций.
Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Адаптивная интеллектуальная система вибрационных испытаний бортовой радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической и авиационной техники нового поколения на основе многофункциональной цифровой генерации испытательных сигналов» (Соглашение № 17-79-10281 от 24.07.2017) при финансовой поддержке Российского научного фонда.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ламанов А.И. Защита радиоэлектронных средств от вредного воздействия внешних факторов -М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана - 80 с.
2. Талицкий Е.Н. Защита электронных средств от механических воздействий. Учебное пособие -Владимир: Издв-во Владим.гос. ун-та, 2001-256 с.
3. Лысенко, А.В. Методика моделирования внешних механических воздействий на бортовую РЭА /
A.В. Лысенко, Е.А. Данилова, Г.В. Таньков / Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 226-228.
4. Лысенко, А.В. Конструкция и методика расчета гибридного виброамортизатора с электромагнитной компенсацией / А.В. Лысенко, А.В. Затылкин, Н.А. Ястребова // Вестник Пензенского государственного университета. 2013. № 4. С. 73-78.
5. Влагозащитное покрытие печатных узлов в датчике утечки воды / А.Г. Белов, В.Я. Баннов,
B.А. Трусов, И.И. Кочегаров, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 265-272.
6. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н.В. Горячев, А.В. Лысенко, И.Д. Граб, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 340.
7. Уразаев В.Г. Влагозащита печатных узлов, 2006г.
8. Лысенко, А.В. Анализ современных систем управления проектами / А.В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 371-372.
9. Барканов Н.А. Справочник конструктора РЭА: Компоненты, механизмы, надежность. М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.
8. Коновалов, А.В. Программная реализация нейронной сетис использованием нейронов с модулем памяти / А.В. Коновалов, А.В. Лысенко, Н.В. Горячев // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015. № 4 (26). С. 60-67.
11. Лысенко, А.В. Анализ особенностей применения современных активных систем виброзащиты для нестационарных РЭС / А.В. Лысенко, Г.В. Таньков, Д.А. Рындин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 155-158.
12. Фридман Е.И. Герметизация радиоэлектронной аппаратуры. М.: Энергия 1978г. - 360с.
УДК 62.51.4
Волков1 С.Н., Бабишин1 В.Д., Кулиш2 Н.С., Юркевич1 Е.В., Кривопалов1 Д.М.
*АО «Научно-производственная корпорация «Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы» имени А.Г. Иосифьяна», Москва, Россия
2Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения», Королёв, Россия
ПРЯМОЙ МЕТОД ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ЭТАПЕ РАЗРАБОТКИ В УСЛОВИЯХ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ
В статье рассматривается проблема оптимизации испытаний СТС в условиях динамического нагружения при сохранении требуемой точности определения параметров данной СТС. Построена модель выбора требований к техническим характеристикам СТС в соответствии с заданной надежностью этих систем, базирующаяся на использовании прямых методов оптимального управления в условиях динамического нагружения на этапе разработки. Для устойчивого решения данной задачи предложен прямой модифицированный градиентный метод ускоренного спуска, сочетающий в себе метод наискорейшего спуска с использованием метода ускоренного перебора. Данный метод в отличие от существующих градиентных методов позволяет существенно сократить количество наземных испытаний СТС и их стоимость за счет использования метода ускоренного перебора, при сохранении требуемой точности определения параметров СТС. Кроме того, за счет введения параметров регуляризации повышается устойчивость решения данной задачи
Ключевые слова:
НАДЕЖНОСТЬ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ; МЕТОДЫ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ; НАЗЕМНЫЕ ИСПЫТАНИЯ; СНИЖЕНИЕ СТОИМОСТИ; МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ УСТОЙЧИВОГО РЕШЕНИЯ
Введение
Производство и эксплуатация высоконадежных мелкосерийных объектов сложных технических систем (СТС) на примере космической техники показывает необходимость предъявления требований к техническим характеристикам данной техники в соответствии с заданной надежностью уже на этапе разработки, с тем эти характеристики проектируемых бортовых систем (БС) космических аппаратов (КА) обеспечивали заданный уровень надежности на этапе летных испытаний. При этом сокращаются как объемы заводских, так и летных испытаний. Как известно [1,2,3], задача управления надежностью сложных технических систем сводится к определению физико-механических или технических свойств БС при динамических условиях нагружения объекта.
Однако на этапе разработки космических комплексов, создаваемых в единственном экземпляре, когда полностью отсутствуют данные для априорного статистического анализа состояния процесса функционирования БС КА, невозможно точно определить требования к техническим характеристикам БС КА и спрогнозировать все действующие на системы КА нештатные ситуации (дестабилизирующие факторы или нагрузки). Кроме того, важность и актуальность данной задачи заключается в практической невозможности проведения всего комплекса испытаний сложных БС с целью сбора необходимой информации, без которой, в то же время невозможно и само проектирование, что в конечном счете приводит к значительному увеличению количества наземных испытаний и их стоимости.
Данная задача связана с некорректностью постановки прямых задач оптимизации систем управления процессом функционирования состояния БС КА [4]. Если исходные данные известны приближенно, то упомянутая некорректность приводит к практической не единственности решения в рамках заданной точности и большим трудностям в выяснении смысла получаемого приближенного решения, что в целом значительно снижает устойчивость решения данной задачи.
Поэтому для предъявления необходимых требований к техническим характеристикам сложных технических систем в соответствии с заданной надежностью космической техники на этапе разработки требуется большое количество наземных испытаний,
что приводит к значительным материальным и финансовым затратам.
При этом, обобщающей характеристикой физико-механических или технических свойств данных систем является сопротивляемость [1,3], т.е. наибольшее значение внешнего воздействия, которое объект может выдерживать за неограниченное время и превышение которого приводит к отказу бортовой системы. Как известно [1,2,3], сопротивляемость является случайной величиной, т.е. она характеризуется некоторым законом распределения вероятности значений результатов внешних воздействий, и в целом определяет состояние процесса функционирования БС КА.
Таким образом, на этапе разработки для определения состояния процесса функционирования БС КА возникает проблема выбора требуемых (наилучших) характеристик проектируемой бортовой системы в соответствии с заданной надежностью на основе оптимального закона изменения характеристик этих БС с течением времени при отсутствии точных значений исходных параметров с минимальными затратами. Для решения такой проблемы предлагается математический алгоритм решения задачи оптимального управления надежностью бортовых систем в условиях динамического нагружения на основе проведения оптимизации наземных испытаний прямым методом ускоренного спуска.
2. Анализ существующих решений задачи оптимального управления в условиях неопределенности
Существующие подходы, развитые в теории оптимального управления, содержат в себе основные достижения классического вариационного исчисления [5], и др., принципа максимума Л.С. Понтря-гина [6], метода динамического программирования на основе решения уравнения Беллмана для непрерывных детерминированных систем [7,8], градиентных методов оптимизации [11,13], методов оптимизации нелинейных случайных процессов [ 7] и т.д. Наряду с теоретическими исследованиями, известно большое количество работ посвященных численным методам решения задач оптимального управления [11].
Исследования, направленные на разработку новых вычислительных методов решения задач оптимального управления [8,10], продолжаются и в основном направлены на решение задачи оптимизации
