Методы защиты элементов от обрывов и коротких замыканий, Оценка эффективности защиты

В процессе работы электроэлементов их отказы проявляются в виде обрывов и коротких замыканий (КЗ). Для уменьшения вероятности обрыва целесообразно параллельное включение двух или более элементов по способу нагруженного резерва. Для уменьшения вероятности КЗ аналогичные элементы целесообразно включать последовательно. На рис. показано параллельное соединение диодов. Обрыв в таком соединении будет иметь место при обрыве в обоих диодах. Оценим надежность такого резерва.

Если Q_о - вероятность обрыва в элементе, то вероятность обрыва дублированного соединения будет Q_до=Q_o², а вероятность отсутствия обрыва в дублированном соединении – соответственно P_до = 1 – Q₀². Однако вероятность появления КЗ в таком соединении возрастет, так как оно будет иметь место при КЗ хотя бы в одном диоде.

Вероятность безотказной работы параллельного соединения диодов определяется выражением:

Для защиты от КЗ используется последовательное соединение диодов, как показано на рисунке. Короткое замыкание будет иметь место в случае пробоя обоих диодов, а обрыв - в случае обрыва хотя бы одного диода.

Вероятность безотказной работы последовательного соединения элементов согласно структурной схеме определится выражением:

Для уменьшения вероятности появления обрывов и КЗ элементы следует соединять комбинированно: и последовательно, и параллельно, как показано на рис. Последовательно-параллельное резервирование диодов (а) и структурная схема для расчета надежности (б): О - обрывы в элементах. КЗ -короткие замыкания в них.

Вероятность безотказной работы последовательно-параллельного соединения согласно структурной схеме определится следующим выражением для ненагруженного резерва:

а вероятность безотказной работы параллельно-последовательного соединения выражением

Последнее выражение при равных числовых значениях Ро и Рк больше, чем первое. Поэтому параллельно-последовательное соединение, соответствующее схеме раздельного резервирования, выгоднее.

Можно сделать m-кратное резервирование, но это сопряжено с резким увеличением габаритов, стоимости. Поэтому на практике обычно применяют дублированные соединения, включенные по принципу раздельного нагруженного резервирования.