Việc kiểm tra, thử nghiệm, bảo dưỡng hệ thống báo cháy tự động là rất quan trọng nhằm đảm bảo mục tiêu cho hệ thống phát hiện và báo động cháy sớm. Đây cũng chính là yếu tố cuối cùng ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống báo cháy. Mặc dù việc kiểm tra, thử nghiệm và bảo dưỡng định kỳ hệ thống báo cháy đã từ rất lâu và được phát triển dựa trên kinh nghiệm của các kỹ sư thiết kế, nhưng vấn đề này vẫn cần phải thực hiện khắt khe hơn trong việc xác định và duy trì độ tin cậy của hệ thống báo cháy.

Phương pháp xác định độ tin cậy của hệ thống báo cháy tự động

Theo Lusser, độ tin cậy của một hệ thống là tích số độ tin cậy của các thành phần độc lập. Khi số lượng thành phần tăng lên, độ tin cậy của toàn hệ thống sẽ bị suy giảm, do đó để duy trì được độ tin cậy cho hệ thống thì cần phải sử dụng các thiết bị có độ tin cậy cao hơn hoặc thay đổi cấu trúc của hệ thống hoặc kết hợp cả hai.

Về cơ bản cấu trúc hệ thống có 02 loại: cấu trúc song song và cấu trúc nối tiếp. Tuy nhiên, thực tế thường tồn tại hệ thống có cấu trúc kết hợp, là vừa nối tiếp vừa song song, trong nối tiếp có song song và trong song song có nối tiếp.

Hệ thống cấu trúc nối tiếp

 

Pt = P1.P2.P3…Pn

Trong đó:          

  • Pt là xác suất hoạt động bình thường của hệ thống;
  • Pn là xác suất hoạt động bình thường của thiết bị thứ n;
  • n là thiết bị thứ n.

Biểu thức trên cho thấy, bất kỳ thiết bị nào xảy ra sự cố sẽ gây ra lỗi cho toàn bộ hệ thống. Cho nên độ tin cậy của mỗi thành phần đều ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy của hệ thống.

Hệ thống cấu trúc song song 

Xác suất hoạt động bình thường của hệ thống như sau:

Trong đó:           

  • Pt là xác suất hoạt động bình thường của hệ thống;
  • Pi là xác suất hoạt động bình thường của thiết bị thứ i;
  • i là thiết bị thứ i.

Có thể thấy hệ thống sử dụng mạch tín hiệu dạng vòng (class A) có độ tin cậy cao hơn mạch tín hiệu dạng nhánh (class B), vì hệ thống mạch vòng hoàn toàn đảm bảo khả năng báo cháy khi đường dây tín hiệu bị đứt tại một điểm bất kỳ, trong khi hệ thống mạch nhánh sẽ suy giảm khả năng báo cháy hoặc thậm chí không thể báo cháy nếu điểm đứt đó xảy ra ở đầu tuyến. 

Sau khi xác định được xác suất làm việc bình thường, xác suất làm việc sai của hệ thống được tính theo công thức: 

At = 1- Pt

Tuy nhiên, thực tế xác suất hoạt động bình thường của hệ thống Pt không thể tính toán được bằng cách trực tiếp, mà nó được tính từ số liệu thống kê tỉ lệ làm việc sai của chính hệ thống đó. Vì vậy, tần suất làm việc sai của hệ thống sẽ được xác định thông qua tỉ lệ lỗi của hệ thống.

Tỉ lệ lỗi của hệ thống báo cháy được tính bằng tổng tỉ lệ xảy ra sự cố của các thiết bị trong hệ thống

Trong đó:               

  • A tỉ lệ lỗi của hệ thống, f/moh;
  • qi số lượng thiết bị thứ i của hệ thống;
  • λi tỉ lệ sự cố của thiết bị thứ i, f/mdoh.

Tỉ lệ sự cố của thiết bị là số lần xảy ra sự cố trên một triệu giờ hoạt động của thiết bị (f/mdoh) và tỉ lệ lỗi của hệ thống là số lần xảy ra lỗi trên một triệu giờ hoạt động của hệ thống (f/moh).

Đồ thị dạng đường cong bồn tắm (bathtub curve)

Khi biểu diễn tỉ lệ xảy ra lỗi theo thời gian thì đồ thị của nó có dạng đường cong bồn tắm (bathtub curve). Đường cong này được tổng hợp từ đường cong dạng chuông và đường cong phân bố Gausian, đường cong dạng chuông ở đoạn đầu chu kỳ thời gian gọi là đường cong mở máy (turn on curve), đường cong còn lại ở cuối chu kỳ thời gian là đường cong tuổi thọ (life time curve).

Đường cong mở máy, mô tả tỷ lệ mà lỗi có thể dự đoán sẽ xảy ra từ ngày sản xuất, t = 0, cho tới khi thiết bị không còn được sử dụng, tỷ lệ này phụ thuộc các yếu tố từ bản chất của thiết bị như: các thành phản, linh kiện, công nghệ sản xuất. Đặc trưng cúa đường này là hiện tượng “chết yểu” khi các thiết bị và sản phẩm mới được hoàn thiện đưa vào thị trường. 

Đường cong tuổi thọ  là phân bố Gaussion với trọng tâm là thời điểm t = tdx là tuổi đời thiết kế của thiết bị. Đường cong này mô tả phân bố của tỷ lệ sự cố trong khoảng thời gian dài từ khi sản xuất cho đến khi hết hạn sử dụng.

Khi tổng hợp hai đồ thị đường cong biểu diễn sự cố trong thời gian sản xuất và sự cố trong thời gian hoạt động với nhau (có một số điều chỉnh chênh lệch theo tiêu chuẩn với mỗi đường cong phân bố để đảm bảo yêu cầu phù hợp với thực nghiệm), kết quả chính là đồ thị đường cong bồn tắm.

Đường cong bathtub (bồn tắm) được chia thành 03 phần.

  • Phần bên trái là phần “chết trẻ”. Đây là pha mở máy thiết bị chịu ảnh hưởng trực tiếp từ các sự cố tiềm ẩn từ nội tại thiết bị cũng như nội tại trong công nghệ sản xuất. Các lỗi ở thời điểm này rất dễ phát hiện và thường được nhà sản xuất kiểm tra, sữa chữa đảm bảo không xảy ra lỗi trước khi chuyển tới khách hàng.
  • Phần bên phải là phần kết thúc chu kì tuổi đời của thiết bị. Tuổi đời của thiết bị được xác định là thời điểm mà xác suất hoạt động chính xác của thiết bị giảm xuống dưới 0,5. Sự sụt giảm về xác suất hoạt động chính xác hay nói cách khác là sự gia tăng của tần suất xuất hiện lỗi là kết quả do sự già hóa trong thời gian dài hoạt động của các thành phần cấu tạo nên thiết bị.
  • Phần nằm giữa là khu vực có tỉ lệ xảy ra lỗi ổn định (tĩnh, không thay đổi) kéo dài trong phần lớn tuổi đời của thiết bị. Tỉ lệ xảy ra lỗi ở phần này thấp hơn hai phần còn lại nhưng nó hữu hạn dương, chứng tỏ là luôn tồn tại xác suất xảy ra lỗi của thiết bị.

Sau khi xác định đường cong ổn định trên đồ thị bathtub, tỷ lệ xảy ra sự cố là không thay đổ. Thì tỷ lệ xảy ra sự cố của một thiết bị, hay một hệ thống điện được xác định từ các số liệu được thống kê trong tài liệu Military Handbook: Reliability Prediction of Electronic Equitment2 (MIL Handbook 217).

Tài liệu này cho phép người kỹ sư tính toán được tỷ lệ xảy ra sự cố của đầu báo cháy, thiết bị chuông đèn báo cháy, trung tâm báo cháy, thiết bị tạo tín hiệu điều khiến các thiết bị ngoại vi. Từ đó xác định được tỷ lệ xảy ra sự cố nội tại của hệ thống. Lưu ý, tỷ lệ xảy ra sự cố này chưa bao gồm sự cố do việc thiết kế và lắp đặt.

Khi đã xác định được tỉ lệ xảy ra lỗi của hệ thống, độ tin cậy của hệ thống có thế được tính toán thông qua công thức:

R = e-At

Trong đó:                 

  • R là độ tin cậy của hệ thống;
  • e cơ số logarit tự nhiên 2,7182;
  • A tỉ lệ lỗi của hệ thống, f/oy;
  • t là chu kì tính toán.

Khi tính toán được độ tin cậy của hệ thống, sẽ xác định được chu kì phải thử nghiệm, kiểm tra, bảo dưỡng nhằm duy trì được độ tin cậy theo mong muốn và đây là một trong các chí tiêu để đánh giá hiệu năng của hệ thống.

TR = ln RR/(-A)

 

Trong đó:                   

  • RR độ tin cậy mong muốn đạt được của hệ thống;
  • TR chu kỳ thử nghiệm, kiểm tra, bảo dưỡng cần thiết.

Ví dụ phân tích, tính toán độ tin cậy của hệ thống báo cháy tự động

Hệ thống bao gồm 10 đầu báo cháy khói; 05 đầu báo cháy nhiệt; 02 chuông/còi báo cháy; 01 tủ/trung tâm điều khiển; 50 đoạn dây, cáp tín hiệu và 50 điểm nối. Tỉ lệ sự cố của các thiết bị theo bảng bên dưới.

  1. Xác định độ tin cậy của hệ thống.
  2. Để đảm bảo hệ thống có độ tin cậy mong muốn là 90%, xác định chu kỳ thời gian kiểm tra, thử nghiệm và bảo dưỡng cho hệ thống.

Tỉ lệ xảy ra lỗi của hệ thống được xác định là:

Độ tin cậy của hệ thống trong chu kỳ 01 năm hoạt động là:

Để hệ thống có thể duy trì hoạt động với độ tin cậy mong muốn 90% hệ thống cần phải được kiểm tra, thử nghiệm và bảo dưỡng thường xuyên với chu kỳ thời gian: 

Điều này cho thấy hệ thống với các thông số đã cho sẽ yêu cầu việc thử nghiệm, kiểm tra, bảo dưỡng hệ thống thường xuyên cách nhau 0,2405 năm (xấp xỉ tương đương 03 tháng) để duy trì hệ thống có độ tin cậy đảm bảo 90%.

Trường hợp cũng với hệ thống trên, nếu chỉ cần độ tin cậy 60% thì chu kỳ kiểm tra, bảo dưỡng là 1,166 năm (xấp xỉ tương đương 14 tháng).

Như vậy, kiểm tra, thử nghiệm và bảo dưỡng hệ thống ảnh hưởng rất lớn đến việc duy trì độ tin cậy của hệ thống báo cháy. Khi nội dung kiểm tra, thử nghiệm và bảo dưỡng hệ thống được thực hiện một cách hợp lý, sẽ đảm bảo độ tin cậy cao cho hệ thống báo cháy tự động.

Theo Tạp chí PC & CC số 109

———————————————————————————————————————————–

Bạn có muốn nhận bộ tài liệu “16 Tiêu chuẩn Phòng Cháy Chữa Cháy mới nhất dành cho Kỹ Sư M&E” do VNK sưu tầm ?
=> Tải ngay

Đặt câu hỏi hoặc để lại bình luận

avatar
  Subscribe  
Notify of