НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Антонець Юрій Панасович

УДК 620.179.148:621.315.2

МЕТОД І КОМПЛЕКС АПАРАТУРИ ОПЕРАТИВНОГО

КОНТРОЛЮ ПАРАМЕТРІВ ІЗОЛЯЦІЇ КАБЕЛЬНИХ

ВИРОБІВ В ПРОЦЕСІ ВИРОБНИЦТВА

Спеціальність 05.11.13 – прилади і методи контролю

та визначення складу речовин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, м.Харків та у закритому акціонерному товаристві “Завод Південкабель” Міністерства промислової політики України, м.Харків.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Гурин Анатолій Григорович,

Національний технічний університет “ХПІ”,

завідувач кафедрою електроізоляційної та

кабельної техніки;

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Піротті Євген Леонідович,

Національний технічний університет “ХПІ”,

професор кафедри “Комп’ютерна математика”

доктор технічних наук

Кім Єн Дар,

Науково- дослідний інститут

високих напруг, заступник директора

з наукової роботи

м.Слав’янськ

Провідна установа: Відкрите акціонерне товариство “Акціонерне товариство науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань”, Національне

космічне агенство України, м. Харків

Захист відбудеться: 20.05.2004р. о 14-30 годині на засіданні

Спеціалізованої вченої ради Д64.050.09 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” , за адресою:

61002, м.Харків, вул.Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.

Автореферат розісланий 17.04. 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Горкунов Б.М.

1

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Забезпечення ефективності оперативного контролю якості масової продукції у процесі її виробництва є однією з актуальних проблем сучасної промисловості. Серія міжнародних стандартів із управління якістю ISO 9000 вимагає від виробників стандартизації послідовності дій, що забезпечують неперервне зростання якості продукції у замовника. Тому сьогодні методи контролю параметрів даної продукції мають бути об’єднані у єдину систему управління якістю і складати одне ціле з конструкцією, технологією виготовлення і вимогами замовників продукції.

Стала нормальною ситуація, за якої замовнику необхідні показники, що перевищують передбачені нормативною документацією, і виробник виконує такі вимоги без заперечень.

Особливо актуальною є задача створення такої сучасної системи управління якістю продукції для кабельної техніки, яка відзначається багатономенклатурністю і виготовленням продукції “за замовленням”.

Труднощі створення такої системи контролю в кабельному виробництві пов’язані з наступним:

-

-

-

Сучасна система управління якістю масової продукції повинна базуватись на статистичному методі оброблення, порівняння, аналізу та визначення нормативів при прийнятті оперативних рішень для вказаних статистичних масивів даних, що є взаємозалежними, статистично нестабільними та у багатьох випадках непридатними для визначення класичних статистичних показників.

Дисертаційна робота присвячена створенню комплексу апаратури, який дозволяє використати розроблений уніфікований статистичний метод для оброблення, порівняння, та аналізу результатів вимірювань параметрів ізоляції кабельних виробів на основі нового математичного апарату інтервальних статистичних моделей.

Актуальність роботи зумовлена також вибором об’єкту досліджень – технологічного процесу виготовлення найбільш поширених силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією. Вирішення проблеми оперативного контролю параметрів ізолювання цих кабелів має технологічне і економічне значення для кабельної техніки.

2

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до “Програми інтеграції України до Європейського Союзу” від 14.09.2000 р. за №1072/2000, щодо першочергового впровадження європейських стандартів, гармонізованих з вимогами Директив ЄС стосовно безпеки продукції, за планом державної стандартизації, затвердженим Держспоживстандартом України на 2001 – 2003 роки (держбюджетне фінансування за КПКВ 1207080), держбюджетною темою 1148/92873 між УкрНДІССІ та НТУ”ХПІ” “Розроблення стандартів, гармонізованих з міжнародними та європейськими”, планами технічного комітету із стандартизації ТК 131 “Електроізоляційна та кабельна техніка” та планом технічного розвитку виробництва ЗАТ “Завод Південкабель”. Термін виконання 2000 – 2003р.

Мета і задачі дослідження – це створення системи оперативного контролю параметрів ізоляції кабельних виробів та комплексу апаратури контролю на основі уніфікованого статистичного методу для оброблення, порівняння, аналізу та визначення технологічних нормативів для параметрів ізоляції кабельних виробів.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні задачі:

- розглянути електрофізичні характеристики паперової імпрегнованої ізоляції та їх зв’язок з конструктивними, електричними, тепловими та технологічними параметрами силових кабелів на напругу до 10 кВ;

- розробити інтервальну статистичну модель для оброблення, порівняння та аналізу результатів вимірювань параметрів ізоляції;

- одержати експериментальні результати вимірів параметрів якості впродовж технологічного процесу ізолювання та за його результатами;

- розробити контрольну карту, придатну для використання персоналом на різних контрольних операціях, дослідити її чутливість до порушень стабільності технологічного процесу ізолювання силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією, визначити її контрольні границі;

- розробити систему оперативного контролю параметрів ізоляції кабельних виробів для технологічного процесу ізолювання силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією та нормативну документацію для впровадження методу у виробництво.

Об’єкт дослідження – технологічний процес ізолювання силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією на напругу до 10 кВ включно, його поточний та приймальний контроль за допомогою вимірювання електрофізичних характеристик ізоляції та дослідження зв’язку контрольних характеристик з конструктивними, електричними, тепловими та технологічними параметрами відповідних кабелів.

Предмет дослідження – створення уніфікованого статистичного методу для оброблення, порівняння, аналізу та визначення технологічних нормативів для параметрів ізоляції кабельних виробів та комплексу апаратури для реалізації методу в умовах виробництва силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією.

3

Методи дослідження – базуються на використанні: теорії електромагнітного поля для дослідження межишарової поляризації в ізоляції кабелю; теорії діелектричних втрат та теорії поляризації для дослідження електрофізичних параметрів ізоляції силового кабелю з паперовою імпрегнованою ізоляцією, вибору методів їх вимірювання та дослідження похибок такого вимірювання; інтегрального та диференційного зчислення для розрахунків часу релаксації та струму межишарової поляризації ізоляції кабелю; математичного апарату теорії ймовірностей для дослідження класичних статистичних методів оперативного контролю параметрів у масовому виробництві; математичного апарату інтервальних статистичних моделей для дослідження максимальної ймовірності виходу параметра, що контролюється, за нормативну межу.

Достовірність отриманих результатів і висновків, зроблених у дисертації, підтверджено даними експериментів, що проведені на конкретних виробах.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

- обґрунтовано теоретично можливість контролю процесу імпрегнування паперової ізоляції шляхом вимірювання струму діелектричної абсорбції та розрахунку величин часу релаксації і струму межишарової поляризації ізоляції кабелю на напругу 10 кВ;

- розроблено оптимізаційну систему конструктивних, електричних та теплових співвідношень, що включають технологічні параметри виготовлення ізольованих жил і вирішуються спільно; розроблено алгоритм вирішення такої системи;

- створено методику розрахунку максимальної ймовірності виходу параметра, що контролюється, за нормативну межу та контрольну карту максимальної ймовірності виходу параметра за нормативну межу (КМВ) з двома границями регулювання;

- встановлено аналітично співвідношення максимальної вибіркової дисперсії і величини технологічного допуску, таке, що забезпечує максимальну чутливість контролю; та на його основі запропоновано метод визначення технологічних допусків для параметрів, що контролюються;

- розроблено комплекс апаратури для оперативного контролю параметрів паперової імпрегнованої ізоляції силових кабелів на напругу 10 кВ;

- розроблено систему оперативного контролю параметрів ізоляції кабельних виробів для всього комплексу технологічних процесів кабельного виробництва.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

- використання методу контролю параметрів технологічного процесу за максимальною ймовірністю виходу параметра за нормативну межу разом із запропонованими технологічними нормативами забезпечує прогнозування появи виробів, що мають недопустимі значення параметрів, і таким чином, виключає виготовлення виробів, які не відповідають встановленим вимогам;

-

4

управління процесом сушіння та імпрегнування паперової ізоляції кабелів, тобто забезпечити зворотній зв’язок для системи контролю параметрів ізоляції;

- застосування розробленої системи оперативного контролю та комплексу вимірювальної апаратури дозволило забезпечити механізм неперервного підвищення якості кабельних виробів.

Результати даної роботи використані:

- у виробництві силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією в ЗАТ “Завод Південкабель” м.Харків (стандарт підприємства СТП К28-155-2002СК “Статистические методы анализа”, що входить до переліку документованих процедур відповідно до вимог ISO 9001:2000 та ДСТУ ISO 9001:2001);

- при розробленні конструкції та технології виготовлення кабелю, на який отриманий деклараційний патент на винахід № 58423А “Кабель силовий”, заявка №2003043954 публ. 15.07.2003 р., Бюл.№7,2003 р.;

- при виконанні держбюджетних науково-дослідних робіт з розроблення державних стандартів України, гармонізованих з європейськими та світовими стандартами в сфері вимірювання характеристик ізоляції кабелів (договір 1148/92873 між УкрНДІССІ та НТУ”ХПІ” );

- в навчальному процесі за фахом 7.0906.04 “Техніка та електрофізика високих напруг” в курсах “Кабельна техніка”, “Розрахунок та конструювання силових кабелів”, “Технологія виготовлення силових кабелів”, “Розрахунок та конструювання силових кабельних ліній”, для яких здобувачем у співавторстві опублікований з грифом Міністерства освіти і науки України підручник “Силові кабелі середньої напруги. Конструювання, технологія, якість”.

Особистий внесок здобувача полягає у наступному:

- обґрунтовані теоретично можливості контролю процесу імпрегнування паперової ізоляції шляхом вимірювання струму діелектричної абсорбції та порядку величин часу релаксації та струму межишарової поляризації в ізоляції кабелю на напругу 10 кВ;

- розроблено оптимізаційну систему конструктивних, електричних та теплових співвідношень, що включають технологічні параметри виготовлення ізольованих жил і вирішуються спільно;

- створено методику розрахунку максимальної ймовірності виходу параметра, що контролюється, за нормативну межу та контрольну карту максимальної ймовірності виходу параметра за нормативну межу (КМВ) та встановлено аналітично дві границі регулювання на ній;

- досліджена чутливість КМВ до величини технологічного допуску;

- запропоновано метод визначення технологічних допусків для параметрів, що контролюються, такий, який забезпечує максимальну чутливість контролю;

- розроблено комплекс апаратури для оперативного контролю параметрів паперової імпрегнованої ізоляції силових кабелів на напругу 10 кВ;

- розроблено систему оперативного контролю параметрів ізоляціїї кабельних виробів для всього комплексу технологічних процесів кабельного виробництва.

5

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на:

II Міжнародній конференції “Физико-технические проблемы электротехнических материалов и компонентов”, Росія, Клязьма, 1997 р.;

III Міжнародній конференції “Физико-технические проблемы электротехнических материалов и компонентов”, Росія, Москва, 1999 р.;

Міжнародній науково-технічній конференції “Фізичні та комп’ютерні технології в народному господарстві”, Україна, Харків, 2000 р.;

Республіканському науково-технічному семінарі “Нові розроблення в галузі електричної ізоляції”, Україна, Харків, 2003 р.

Публікації: основні результати дисертації опубліковані у 12 наукових працях, у тому числі 9 статей у фахових наукових виданнях, 2 статті у матеріалах Міжнародних науково-технічних конференцій та 1 патент України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та двох додатків. Повний обсяг дисертації складає 179 сторінок. Робота містить 13 ілюстрацій по тексту, 25 ілюстрацій на 23 сторінках, 17 таблиць по тексту, 1 таблицю на 1 сторінці, 2 додатки на 8 сторінках, 150 найменувань використаних літературних джерел на 13 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі відзначена актуальність теми дослідження, зв’язок роботи з науковими програмами, планами та темами, вказана наукова новизна та практичне значення роботи, розглянуто особистий внесок автора у друкованих роботах із співавторами, наведена апробація роботи та її структура.

У першому розділі розглянуто класифікацію кабельних виробів та аналіз методів оперативного контролю їх параметрів в процесі виробництва.

Проаналізовані основні напрями досліджень в кабельній техніці і зазначено, що серед виділених основних напрямів досліджень значна частина пов’язана з вдосконаленням технологічних процесів та методів технологічного контролю кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією, які мають переваги з боку економічності та надійності. Типова конструкція такого кабелю зображена на рис. 1.

Рис.1 Броньований силовий кабель з паперовою імпрегнованою ізоляцією

6

Розглянуто сучасні методи контролю параметрів кабельних виробів в масовому виробництві. Проаналізована схема використання методів статистичного контролю в кабельному виробництві. Зазначено, що однією з головних проблем організації такого

контролю є необхідність уніфікації статистичних процедур та статистичних показників стабільності технологічних процесів.

Проаналізовано наявність взаємозв’язку основних конструктивних, електричних, теплових та технологічних параметрів силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією на напругу 10 кВ (рис.2). Зазначено, що всі вказані параметри є взаємно пов’язаними і можуть суттєво змінюватися впродовж технологічного процесу виготовлення кабелів, а отже, - мають бути оптимально вибраними їх величини та допустимі відхилення. Наприкінці першого розділу зазначені основні задачі досліджень.

У другому розділі розглянуто електрофізичні характеристики силових кабелів на напругу 10 кВ. Проаналізовано залежність допустимої робочої напруженості від номінальної напруги для різних конструкцій силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією.

Зазначено, що конструкція кабелю на 10 кВ характеризується граничними для даного виду ізоляції робочими градієнтами. Тому одними з основних електрофізичних характеристик ізоляції таких кабелів є максимальні робочі напруженості електричного поля, нормально Е та тангенційно Е напрямлені до шарів ізоляції. Вибрані та уточнені співвідношення, що пов’язують ці характеристики з конструктивними та технологічними параметрами кабелю.

Розроблено оптимізаційну систему конструктивних, електричних та теплових співвідношень, що включають технологічні параметри виготовлення ізольованих жил і вирішуються спільно; розроблено алгоритм її вирішення.

Для аналізу діелектричних втрат в ізоляції кабелю розглянуто електрофізичні процеси та встановлено основні електрофізичні характеристики паперової імпрегнованої ізоляції кабелів: тангенс кута діелектричних втрат tg за заданої напруги, приріст тангенса кута діелектричних втрат tg за заданого збільшення напруги, виміряні на побудовних довжинах кабелів.

Розроблено регулярно-неоднорідну модель фазової ізоляції кабелю на напругу 10 кВ. Така модель характеризується спектром часу релаксації межишарової поляризації та струмом абсорбції:

n

dk. k /(1 - Tk/) = 0, де Tk = k. 0. k , (1)

k=1

[1/ 1 + 1. 0 (d/dt)]. E1(t)=[1/ 2 + 2. 0 (d/dt)]. E2(t)=..=[1/ n + n. 0 (d/dt)]. En(t); (2)

n

Ek(t). dk = U0 e j t , де Ek(t)=Ekm(t) e j t , (3)

k=1

де Ek(t)–напруженість електричного поля змінного струму частотою на шарові ізоляції за номером k з параметрами: dk - товщина; k - питомий електричний опір; k - відносна діелектрична проникність; U0 e j t - змінна напруга, прикладена до ізоляції.

7

Спільне рішення (2) та (3) дозволяє розрахувати струм абсорбції J(t), який є контрольним параметром, що визначає залишкову вологість ізоляції кабелю:

n

J(t)=(n-1) U0 e – t / { k dk (1+j Tk)/(1-Tk/)2}-1, де n=15 (4)

k=1

Результати розрахунків часу релаксації та струму абсорбції, наведені на рис. 3. Вони підтверджені вимірюваннями в процесі імпрегнування ізоляції кабеля і дозволили визначити вимоги до приладів вимірювання відповідних параметрів та методики вимірювань.

Рис.2 Схема взаємозвязку основних параметрів силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією на напругу 10 кВ

8

Результати вимірювань залежностей тангенса кута діелектричних втрат від випробувальної напруги tg = f(U) для 175 побудовних довжин у послідовності їх виготовлення дали змогу проаналізувати зв’язок електрофізичних характеристик і технологічних параметрів сушіння та імпрегнування ізоляції.

Рис.3 Спектр часу релаксації міжшарової поляризації в кабелі з паперовою імпрегнованою ізоляцією на напругу 10 кВ (1- за нормальної температури, 2 - за температури імпрегнування) та струм абсорбції J(t) за температури імпрегнування

За цим аналізом вибрані технологічні нормативи для модернізації установки сушіння та імпрегнування та для розроблення відповідного комплексу контрольної апаратури.

Третій розділ присвячений розробленню методу оперативного контролю параметрів ізоляції кабельних виробів на базі математичного апарату інтервальних статистичних моделей (ІСМ).

Аксіоматика методів ІСМ не містить вимог принципової можливості проведення необмежено великої кількості повторних випробувань (в класичній статистиці така можливість є фундаментальною). Вона також не вимагає статистичної стабільності параметрів або їх взаємної незалежності і тому дозволяє уніфікувати різні статистичні масиви.

Загальною методологією методів ІСМ є пошук аналітичної функції, яка мажорує масив даних на всій області визначення. Якщо така функція знайдена, то її аналітичне до-слідження дає можливість одержати максимальні оцінки різних характеристик масиву даних.

Оптимальними оцінками є такі, які одержані за допомогою функції, що мінімально мажорує масив даних. Тому на всіх етапах досліджень методами ІСМ, від побудови інтервальної моделі до аналізу результатів конкретного дослідження, необхідним є аналіз оптимальності прийнятого рішення.

На рис.4 наведена ілюстрація до побудови інтервальної моделі для оцінювання ймовірності виходу параметра x за нормативну межу . Мажоруюча функція вибрана у вигляді параболи g(x)=(x)2/2. Очевидно, що за будь-яких x> мажоруюча функція g(x) більша за одиницю, отже більша

за частоту A(x) появи даного значення параметра. За аксіомою збереження порядку, якщо g(x)A(x), то верхнє середне Mmax [g(x)] не менше

9

1

g(x)=(x)2/2 при x>: g(x)1;

g(x)A(x);

Mmax [g(x)] Mmax [A(x)];

A(x)

Mmax [(x)2]/2 Pmax{x>} (5)

x

Рис.4 Побудова первинної інтервальної статистичної моделі для оцінювання ймовірності виходу параметра за нормативну межу

Для використання в задачах контролю параметрів, співвідношення (5) уточнене за рахунок того, що параметр x вибраний як відхилення окремого значення деякої величини від її середнього значення в останніх n вимірюваннях. Прийнято, що середнє такого параметра дорівнює нулю, а мажоруюча функція вибрана у вигляді параболи з трьома параметрами:

g(x)=C+C2(+).(x -C1)2. (6)

Парабола (6) при відповідному виборі коефіцієнтів мажорує відносну кількість вимірювань A{x} , в яких x:

A{x} C+C2(+).(-C1)2 1, (7)

inf{C+C2(+).(-C1)2}=1, (8)

C=0; C2(+)=(-C1)-2 . (9)

За аксіомою збереження порядку для максимальних середніх значень (7) записане так:

Pmax{x} Mmax [C+C2(+).(x -C1)2], (10)

Після підстановки (9) та з урахуванням того, що середнє значень x дорівнює нулю:

Pmax{x }Mmax[x 2]/(-C1)2+C12/(-C1)2. (11)

Мінімізація (11) відносно С1 за допомогою d/dC1{Mmax[Y2]/(-C1)2+C12/(-C1)2}=0 дає вираз для визначення верхньої межі інтервальної ймовірності виходу параметра x за нормативну межу :

Pmax{ x}(1+2/Mmax[(x )2])-1. (11)

Результати розрахунків за (5) та (11) для конкретного прикладу 20 випробувань з чотирма успіхами наведені на рис. 5. Видно, що використання (11) дозволяє розширити межі значень нормативної границі, для яких можна визначити Pmax{ x}.

На основі моделі (11) вибрана єдина оперативна характеристика стабільності технологічного процесу: максимальна ймовірність Pv виходу параметра, що контролюється, за нормативну межу.

Це дало змогу розробити метод статистичного контролю характеристик кабельних виробів, який дозволяє одержувати достовірну інформацію про

10

максимальну ймовірність Pv виходу параметра, що контролюється, за нормативну межу на малих вибірках, тобто оперативно, та уніфікувати оброблення і представлення даних для всіх параметрів технологічної системи незалежно від їх взаємного зв’язку та поступового змінення впродовж виготовлення.

На рис.6 зображені лінії повного діференціалу функції (11) як функції двох змінних, а саме Mmax[(x )] і .

Змінна Mmax[(x )] позначена як . Видно, що існує стале співвідношення цих змінних, за якого чутливість оцінювання Pv до зміни (природна задача саме для контролю стабільності параметрів) є максимальною. Це співвідношення / 3 і чутливість зменшується за збільшення . Отже, для забезпечення максимальної чутливості контролю необхідне введення технологічної нормативної межі т 3т, де т є величиною максимального

середнього значення x, яке є досягнутим для технологічного процесу, що контролюється. Важливо те, що співвідношення / 3, використане інтуїтивно ще в відомій контрольній карті Ш’юхарта, вперше одержане аналітично.

Перша похідна dPv/d має максимум, що відповідає найбільшому зростанню ймовір-ності виходу параметра за нормативну межу за зростання нестабільності значень параметра, який контролюється.

За будь-яких значень та в точці цього максимуму Pv=0,25. Саме це значення вибране як перша границя регулювання, яка свідчить про швидке зростання ймовірності виходу параметра за нормативну межу. За Pv0,25 процес вважається

11

статистично стабільним і його налагодження непотрібне.

Перша похідна dPv/d також має точку перегину, яка відділяє відносно часті відхилення параметру від відносно рідкісних. За будь-яких значень та в точці цього перегину Pv=0,5. Саме це значення вибране як друга границя регулювання, яка свідчить про появу “нетипових” відхилень параметра. За Pv0,5 процес вважається статистично нестабільним і його налагодження необхідне.

Область значень 0,25<Pv<0,5 на КМВ є дуже важливою, оскільки саме вона змушує оперативний персонал запобігати появі неякісних виробів за умови, що забезпечений не фіскальний, а заохочуючий характер оцінювання результатів контролю. Таку можливість може надати природна для КМВ система технологічних нормативів, які забезпечують максимальну чутливість КМВ (т 3т). Ці нормативи кількісно пов’язані із стабільністю параметрів, що легко перевіряється за результатами контролю, і саме введення більш жорстких нормативів, дозволене оперативному персоналу, заохочується.

Четвертий розділ присвячений застосуванню методу контролю параметрів ізоляції за допомогою використання контрольних карт максимальної ймовірності виходу параметра за нормативну межу (КМВ) та відповідного комплексу контрольної апаратури.

Наведені результати контролю тангенса кута діелектричних втрат при випробувальній напрузі 20 кВ на побудовних довжинах силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією в період розрегулювання технологічного процесу сушіння та імпрегнування. Розроблена структурна схема впровадження КМВ в систему якості підприємства, яка відповідає виробничій структурі підприємства і виключає створення спеціальних організаційних “структур якості”.

Фрагмент схеми системи наведений на рис.7. Технічне забезпечення такої системи, - це технічні засоби формування та передачі необхідної інформації про якість на всіх ланках виробництва від постачальників сировини до клієнтів і від операторів до керівника підприємства. В ідеалі – це загальна комп’ютерна мережа з відповідним програмним забезпеченням, до якої вводяться всі результати вимірювань параметрів. Головним принциповим рішенням є вибір уніфікованого статистичного апарату організації масивів даних, - статистичної моделі якості (СМЯ), яка визначає необхідне програмне та машинне забезпечення. Метод КМВ, який грунтується на новому математичному апараті інтервальних статистичних моделей (ІСМ), відповідні алгоритм та програмне забезпечення стали основою для розроблення системи неперервного підвищення якості кабельного виробництва.

Впровадження такої системи, - це процес одночасного навчання персоналу та виконання конкретних програм по підвищенню однорідності продукції за умови впровадження технічних засобів формування, передачі інформації КМВ і заохочуючого характеру оцінювання результатів контролю на всіх ланках виробництва.

12

Операції та контрольні вимірювання на робочих місцях

Оперативні

рішення 1 2 3 k

Група

якості

операторів

1 2 3 k Програмне

забезпечення

і пункти

моніторингу

на операціях

Програмне забезпечення і пункт моніторингу

підрозділу

Рішення безпосереднього управління

Керівник групи якості

операторів

Група якості керівників підрозділів

Програмне забезпечення і пункт моніторингу керівника

підприємства

Керівник групи якості

керівників підрозділів,

керівник підприємства

Рішення високого рівня

Рис.7 Фрагмент схеми системи неперервного підвищення якості на базі КМВ

кабельного підприємства

ВИСНОВКИ

Дана дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі створення методу і комплексу апаратури оперативного контролю параметрів ізоляції кабельних виробів у виробництві. Основні результати роботи такі:

1.

13

імпрегнованої ізоляції силових кабелів на напругу 10 кВ та їх зв’язку з конструктивними, електричними, тепловими та технологічними параметрами цих кабелів розроблено модель шаруватої ізоляції та теоретично обґрунтовано можливість контролю процесу імпрегнування паперової ізоляції шляхом вимірювання струму діелектричної абсорбції.

2. Одержано рішення оптимізаційної системи для ряду значень критерію оптимізації, - максимальної робочої напруженості електричного поля в ізоляції кабелю, - що дозволило обгрунтувати можливість оптимізації конструкції кабелю на напругу 10 кВ та необхідність використання для контролю стабільності технологічного процесу ізолювання цього кабелю статистичного апарату, що виключає вимоги взаємної незалежності параметрів, що контролюються.

3. На основі застосування нового математичного апарату інтервальних статистичних моделей вирішено прикладну математичну задачу створення статистичної моделі для оброблення, порівняння, аналізу та визначення нормативів для прийняття оперативних рішень щодо статистичних масивів даних, що є взаємозалежними, статистично нестабільними та непридатними для визначення класичних статистичних показників. Одержано аналітичну функцію для розрахунку максимальної ймовірності виходу параметра, що контролюється, за нормативну межу та розроблено контрольну карту максимальної ймовірності виходу параметра за нормативну межу (КМВ).

4. В результаті дослідження одержаної аналітичної функції максимальної ймовірності виходу параметра за нормативну межу встановлено:

- дві границі регулювання на КМВ, використання яких не вимагає довільних припущень щодо вірогідності оцінювання максимальної ймовірності виходу параметра за нормативну межу;

- співвідношення максимальної вибіркової дисперсії параметру, що контролюється, і величини технологічного допуску, таке, що забезпечує максимальну чутливість контролю;

- запропоновано метод визначення технологічних допусків для параметрів, який використано при розробленні системи контролю.

5. Розроблено заходи щодо модернізації установки сушіння та імпрегнування паперової ізоляції силових кабелів з комплексом контрольної апаратури включно. Запропоновано обладнання для зменшення залишкової вологості та для плавного регулювання технологічних параметрів, що забезпечує оперативне управління процесом сушіння та імпрегнування паперової ізоляції кабелів.

6. Використання розробленого комплексу апаратури для оперативного контролю параметрів паперової імпрегнованої ізоляції силових кабелів, який забезпечує одночасне вимірювання технологічних (тиск, температура, час, струм нагрівання) та електрофізичних параметрів( струм абсорбції, ємність, електричний опір, тангенс кута діелектричних втрат, приріст кута діелектричних втрат для заданих діапазонів випробувальної напруги)

14

забезпечує ефективність контролю за рахунок відповідності методів і точності

вимірювань встановленим технологічним нормативам до величин відповідних параметрів.

7. Розроблено алгоритм розрахунку статистичних показників, необхідних для оброблення масивів даних, що контролюються, і необхідне програмне забезпечення для його реалізації. Розроблено нормативну документацію (методику та стандарт підприємства) для впровадження методу КМВ у

виробництво силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією. Використання методу КМВ забезпечує гранично можливу оперативність контролю, - оцінювання, порівняння та прийняття відповідного рішення відбувається після кожного поточного вимірювання.

8. Розроблено систему оперативного контролю параметрів ізоляціїї кабельних виробів для всього комплексу технологічних процесів кабельного виробництва, яка пройшла апробацію в процесі функціонування системи управління якістю ЗАТ “Завод Південкабель”, м.Харків.

9. Результати дисертаційної роботи впроваджені у технологічний процес виробництва силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією в ЗАТ “Завод Південкабель”.

10. Результати дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі в Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Золотарев В.М., Карпушенко В.П., Щебенюк Л.А., Антонец Ю.А., Науменко А.А. К оценке максимальной тангенциальной напряженности электрического поля в трехжильном силовом кабеле с поясной изоляцией на напряжение10кВ//Электротехника.-М.,1998.-№5.-С.13-17.

Здобувачем отримані залежності максимальної тангенційної напруженості від радіуса закруглення зовнішніх ребер секторних жил.

2. Щебенюк Л.А., Антонец Ю.А. Новий статистичний метод моніторингу технологічних процесів для неперервного підвищення їх стабільності // Стандартизація, сертифікація, якість. – Харків., 2002. - № 1 (16) – С. 62-63.

Здобувачем досліджена чутливість контрольної карти максимальної ймовірності виходу показника якості за нормативну межу та границі регулювання для неї.

3. Антонец Ю.А. Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена // Энергетика и электрификация. – Київ., 2003. - № 6 (239) - С. 48-49.

Здобувачем описані особливості виробництва кабелів з ізоляцією із зшитого поліетилену, що забезпечують їх експлуатаційні переваги.

4. Золотарев В.М., Карпушенко В.П., Антонец Ю.А., Чувурин Н.П., Щебенюк Л.А. Мониторинг показателей качества бумажной изоляции силовых кабелей напряжением 10 кВ на заводе “Южкабель” // Вісник Харківського державного політехнічного університету. – Харків: ХДПУ, 1999. – Вип. 88. – С. 22-31.

Здобувачем розглянуто систему моніторингу параметрів якості технологічної системи ізолювання силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією на напругу 10 кВ.

15

5. Антонец Ю.А., Кулакова И.А. Статистический контроль технологического процесса изготовления токопроводящих жил силовых кабелей по их сопротивлению // Вісник Харківського державного політехнічного університету. – Харків: ХДПУ, 1999. – Вип. 64. – С. 42-47

Здобувачем запропоновано кількісний показник надійності технологічної системи виготовлення пресованих алюмінієвих жил силових кабелів.

6. Щебенюк Л.А., Карпушенко В.П., Антонец Ю.А. Оценка вероятностей при использовании ГОСТ 27.203-83 для анализа надежности технологических систем в производстве силовых кабелей на напряжение 1 – 10 кВ в ЗАО “Завод Южкабель” // Вісник Харківського державного політехнічного університету. – Харків: ХДПУ, 1999. – Вип. 69. – С. 46-56.

Здобувачем показано можливість застосування математичного апарату інтервальних статистичних моделей (ІСМ) для оцінювання стабільності технологічних параметрів.

7. Антонец Ю.А. Методика построения контрольной карты вероятности выхода признака за нормативный предел // Вісник Харківського державного політехнічного університету. – Харків: ХДПУ, 2000. – Вип. 127. - С. 35-38.

Здобувачем запропоновано методику контролю технологічних процесів у кабельному виробництві

8. Гурин А.Г., Антонец Ю.А., Щебенюк Л.А. Оптимизация конструктивных и технологических параметров силовых кабелей напряжением до 10 кВ. //Вісник Харківського державного політехнічного університету. – Харків: ХДПУ, 2003.– № 9, т.3. - С. 87-94.

Здобувачем запропоновано зміни конструкції кабелів на напругу 10 кВ за результатами оптимізації

9. Антонец Ю.А. Новый статистический метод контроля качества на ЗАО “Южкабель” // Інформація по 2-ій міжнародній науково-технічній конференції “Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве”. – Харків, 1-3 листопада 2000. – Вісник інженерної академії України. – Київ. – 2000. - С. 585-587

Здобувачем запропоновано статистичний метод контролю параметрів ізоляції в процесі виробництва.

10. Золотарев В.М., Карпушенко В.П., Щебенюк Л.А., Антонец Ю.А., Науменко А.А. К оптимизации выбора параметров профиля секторных жил силовых кабелей на напряжение 10 кВ на основе оценки тангенциальной напряженности электрического поля. // Тезисы докладов Второй Международной конференции “Физико-технические проблемы электротехнических материалов и компонентов”. – М. – 1997. - С. 119-120.

Здобувачем виконані оцінки максимальної тангенційної складової електричного поля в ізоляції кабелю з секторними жилами.

11. Щебенюк Л.А., Антонец Ю.А. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от напряжения для силовых кабелей с бумажной изоляцией на напряжение 10 кВ // Труды ІІІ Международной конференции “Физико-технические проблемы электротехнических материалов и компонентов”. – М. – 1999. - С. 36-37

Здобувачем за допомогою залежності тангенсу кута діелектричних втрат від напруги зроблені висновки про якість ізоляції кабелів, що контролювались.

16

12. Золотарьов В.М., Карпушенко В.П., Чувурін М.П., Антонец Ю.А., Науменко О.А. Кабель силовий. Деклараційний патент на винахід 58423А. Україна, МКИ 7Н01В9/00, № 2003043954; Заявл. 29.04.2003; Опубл. 15.07.2003; Бюл. № 7.

Здобувачем запропоновано конструкцію та технологію виготовлення силового багатожильного кабелю з паперовою імпрегнованою ізоляцією.

АНОТАЦІЇ

Антонець Ю.П. Метод і комплекс апаратури оперативного контролю параметрів ізоляції кабельних виробів в процесі виробництва. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю - 05.11.13 – прилади і методи контролю та визначення складу речовин. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2004.

Дисертація присвячена: вирішенню теоретичних задач уніфікованого статистичного методу для оброблення, порівняння, аналізу та визначення технологічних нормативів параметрів ізоляції кабельних виробів на основі нового математичного апарату інтервальних статистичних моделей; розробленню відповідної системи оперативного контролю параметрів ізоляції кабельних виробів; створенню комплексу апаратури для такого контролю на технологічній операції сушіння та імпрегнування ізоляції - найбільш складного в техніці силових кабелів технологічного процесу.

Теоретично обгрунтовано можливість контролю процесу імпрегнування паперової ізоляції шляхом вимірювання струму діелектричної абсорбції та порядку величин часу релаксації та струму міжшарової поляризації шаруватого діелектрика кабеля на напругу 10 кВ. Теоретично обгрунтуване та перевірене експериментально положення про наявність діапазону значень радіусів закруглення ребер секторної жили, які характеризуються максимальною тангенційною складовою напруженості електричного поля в кабелі з поясною ізоляцією на напругу 10 кВ.

Розроблено методику розрахунку максимальної ймовірності виходу параметра, що контролюється, за нормативну межу та контрольну карту максимальної ймовірності виходу параметра за нормативну межу (КМВ); встановлені аналітично дві границі регулювання на КМВ, такі, використання яких не передбачає умовних припущень щодо вірогідності оцінювання максимальної ймовірності виходу параметра за нормативну межу; встановлене аналітично співвідношення максимальної вибіркової дисперсії і величини технологічного допуску, таке, що забезпечує максимальну чутливість контролю; запропоновано метод визначення технологічних допусків для параметрів, який використано при розробленні системи контролю.

Створено комплекс апаратури для оперативного контролю параметрів паперової імпрегнованої ізоляціїї силових кабелів на напругу 10 кВ та розроблено систему оперативного контролю параметрів ізоляціїї кабельних виробів для всього комплексу технологічних процесів кабельного виробництва.

17

Ключові слова: контроль ймовірності виходу параметра за нормативну межу; контрольна карта; границі регулювання; чутливість контролю; технологічні допуски; комплекс апаратури; параметри діелектричної абсорбції шаруватого діелектрика кабелю

Антонец Ю.А. Метод и комплекс аппаратуры оперативного контроля параметров изоляции кабельных изделий в процессе производства. Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности - 05.11.13 – приборы и методы контроля и определения состава веществ. – Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2004.

Диссертация посвящена: решению теоретических задач унифицированного статистического метода для обработки, сравнения, анализа и определения технологических нормативов параметров изоляции кабельных изделий на основе нового математического аппарата интервальных статистических моделей; разработке соответствующей системы оперативного контроля параметров изоляции кабельных изделий; созданию комплекса аппаратуры для

такого контроля на технологической операции сушки и пропитки изоляции – наиболее сложного в технике силовых кабелей технологического процесса.

Применение методов ИСМ для построения контрольных карт имеет те преимущества перед классическими моделями, что, во-первых, исключаются любые ограничения для самих массивов данных, во-вторых, появляется возможность унификации статистических процедур для всех параметров, которые контролируются, а значит возможность создания комплексной системы контроля качества на протяжении всей технологической цепи.

Разработана методика расчета максимальной вероятности выхода параметра за нормативный предел и контрольная карта максимальной вероятности выхода параметра за нормативный предел (КМВ); установлены две границы регулирования на КМВ, использование которых не предусматривает условных допущений по достоверности оценивания максимальной вероятности выхода контролируемого параметра за нормативный предел; установлено аналитически соотношение максимальной выборочной дисперсии контролируемого параметра и величины технологического допуска, обеспечивающее максимальную чувствительность контроля; предложен метод определения технологических допусков, который использован при разработке системы контроля параметров. На примере наиболее изученной, проверенной опытом эксплуатации конструкции силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией впервые показана возможность и целесообразность использования для оптимизации конструкций силовых кабелей совместного решения системы конструктивных, электрических и тепловых соотношений, включающих также технологические параметры. С учетом анализа решений единой оптимизационной системы уравнений предложены конструктивные изменения для силовых кабелей на напряжение 10 кВ, позволяющие снизить максимальную напряженность электрического поля в изоляции, а следовательнно повысить на дежность кабелей в процессе эксплуатации. Полученные результаты позволили разработать и внедрить на

18

участке сушки и пропитки бумажной изоляции комплекс аппаратуры по обеспечению и контролю технологических параметров процесса и параметров изоляции, в том числе остаточного давления, температуры, электрических характеристик изоляции. Внедрена новая система вакуумирования, обеспечивающая понижение остаточного давления в сушильном котле до 0,7х103 Па, что повышает качество продукции. Внедрены тиристорные установки нагрева жил кабелей, позволяющие плавно изменять параметры нагрева в процессе сушки. Внедрена система технологического контроля, способная охватывать большое количество параметров и применимая при их статистической нестабильности и взаимной зависимости. На основе методов интервальной статистики разработана математическая модель для определения вероятности выхода параметра за нормативный предел. Выбрана характеристика стабильности технологического процесса - максимальная вероятность выхода параметра за нормативный предел. Предложено аналитическое выражение для определения этой величины. Разработана и внедрена контрольная карта максимальной вероятности, установлены нижняя и верхняя границы регулирования на контрольной карте. Исследована чувствительность контрольной карты. Показана целесообразность введения текущих технологических нормативов, обеспечивающих точность и стабильность технологического процесса. Создан комплекс аппаратуры для оперативного контроля параметров бумажной пропитанной изоляции силовых кабелей на напряжение 10 кВ и разработана система оперативного контроля параметров изоляции кабельных изделий для всего комплекса технологических процессов кабельного производства.

Ключевые слова: контроль вероятности выхода параметра за нормативный предел; контрольная карта; границы регулирования; чувствительность контроля; технологические допуски; комплекс аппаратуры; тангенс угла диэлектрических потерь; параметры диэлектрической абсорбции слоистого диэлектрика кабеля

Y.A. Antonets. Method and apparatus complex for control parameters in cable insulated articles. Manuscript.

The thesis is for technical sciences candidate’s degree, speciality 05.11.13. – devices and methods for control and detection of material’s composition. - National Technical University “Kharkov Polytechnical Institute”, Kharkov, 2004. The thesis is devoted to the problem of determination of theoretical aspects of the unific statistic method for processing, comparison, analysis and definition of technological standard parameters of cable insulated articles. A calculation methodic on going out of maximum probable parameter to be controlled beyond some standard limit and control chart on going out of maximum probable parameter beyond standard limit (CMP) has been developed too; two limits for the control when using CMP have been obtained by analytic way; technological ranges determination method which ensure maximum sensitivity of control for parameters to be controlled has been proposed. Keywords: control to probability on going out of a parameter beyond standard limit; limits for control; sensitivity of control; technological ranges; apparatus complex for operative control; current of dielectric absorption and relaxation