Способ определения остаточного ресурса электропроводки
METHOD FOR DETERMINING THE RESIDUAL LIFE OF ELECTRICAL WIRING

Изобретение относится к технике электрических измерений. Предлагаемый способ предназначен для определения остаточного ресурса электрической проводки и контроля ее предотказного состояния.
Известен способ диагностики состояния электрической проводки (ЭП), реализованный в приборе MIC-1000, при котором измеряют электрическое сопротивление изоляции при постоянном токе, целостность цепей испытательным током, коэффициент абсорбции, то есть увлажненность изоляции и коэффициент поляризации, то есть степень старения изоляции, необходимые для контроля состояния ЭП (Измерение параметров изоляции. [Электронный ресурс] / Компания Сонэл: наша библиотека: испытания. - Электрон, дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://www.sonel.ru/m/biblio/measurement/measurement_mic. - Загл. с экрана).
Недостатком известного способа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием периодического контроля параметров технического состояния ЭП, а следовательно отсутствием возможности эксплуатации по фактическому состоянию.
Другим недостатком этого способа является низкая эксплуатационная надежность, обусловленная отсутствием возможности своевременного выявления предотказного состояния ЭП с целью предотвращения возможных катастрофических последствий отказа и обеспечения безаварийной эксплуатации ЭП.
Указанный способ не обладает возможностью выявления предотказного состояния на ранней стадии его возникновения, когда значения диагностируемых параметров еще не выходят за границы допустимого диапазона значений. Данный способ не позволяет получить сведения о скрытых дефектах и повреждениях, имеющихся и накапливающихся в контролируемом объекте, из-за отсутствия анализа корреляционных связей между параметрами. Как установлено в научной статье автора Рыбалко В.В. (Параметрическое диагностирование энергетических объектов на основе факторного анализа в среде STATISTICA. // Научно-Пракический журнал Exponenta Pro 2 (6)/2004) корреляционные связи между параметрами искажаются значительно раньше появления отклонения от нормы какого-либо отдельного параметра.
Известен способ контроля остаточного ресурса электрической проводки (ОРЭП), реализованный в приборе MPI-525, при котором измеряют переходные сопротивления контактов и проводников, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания УЗО, полное сопротивление линии и контура, сопротивление заземляющих устройств и ожидаемый ток К3 (MPI-525 Измеритель параметров электробезопасности электроустановок [Электронный ресурс] / Компания Сонэл: приборы электроизмерительные многофункциональные. - Электрон, дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://www.sonel.ru/ru/products/multimeter/detail.php?id4=243. - Загл. с экрана).
Недостатком известного способа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием периодического контроля параметров технического состояния ЭП, а следовательно отсутствием возможности эксплуатации по фактическому состоянию.
Другим недостатком указанного способа является низкая эксплуатационная надежность, обусловленная отсутствием возможности своевременного выявления предотказного состояния ЭП с целью предотвращения возможных катастрофических последствий отказа и обеспечения безаварийной эксплуатации ЭП.
Указанный способ не обладает возможностью выявления предотказного состояния на ранней стадии его возникновения, когда значения диагностируемых параметров еще не выходят за границы допустимого диапазона значений. Данный способ не позволяет получить сведения о скрытых дефектах и повреждениях, имеющихся и накапливающихся в контролируемом объекте, из-за отсутствия анализа корреляционных связей между параметрами. Как установлено в научной статье автора Рыбалко В.В. (Параметрическое диагностирование энергетических объектов на основе факторного анализа в среде STATISTICA. // Научно-Пракический журнал Exponenta Pro 2 (6)/2004) корреляционные связи между параметрами искажаются значительно раньше появления отклонения от нормы какого-либо отдельного параметра.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ определения остаточного ресурса электропроводки, описанный в патенте РФ №2556299, кл. G01R 31/02 20014.02.04. Указанный способ предусматривает выполнение следующей совокупности операций.
Измеряют переходные сопротивления контактов и проводников, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания устройства защитного отключения, полное сопротивление линии и контура, сопротивление заземляющих устройств и ожидаемый ток короткого замыкания.
Измеряют дифференциальный ток утечки на землю, коэффициент абсорбции и коэффициент поляризации, используют измеренные параметры для формирования аппаратурных влияющих факторов в системе нечеткой логики.
Нормализуют четкие аппаратурные влияющие факторы для приведения к одному диапазону их изменения по формуле
asc_izm
max
min
asc_izm_p
max
min
min
K=(((Z+Z)/2)-K)*(-50/(((Z+Z)/2)-Z))
asc_izm
где K значение аппаратурного влияющего фактора, приведенное к диапазону от -50 до 50, которое вводят в систему нечеткой логики;
asc._izm_p
K измеренное значение аппаратурного влияющего фактора;
max
Z - максимальная граница изменения аппаратурного влияющего фактора;
min
Z - минимальная граница изменения аппаратурного влияющего фактора.
Настраивают диапазон изменения остаточного ресурса электропроводки в системе нечеткой логики таким образом, что в конце скрипта conc.m с учетом функции округления round устанавливают следующую зависимость между остаточным ресурсом электропроводки, текущим значением остаточного ресурса электропроводки и значениями остаточного ресурса электропроводки при наихудших и наилучших значениях аппаратурных влияющих факторов с учетом максимального срока службы электрической проводки:
тек
min
max-
min
Q=round((Q-Q)*Т/(QQ))
тек
min
max
где Q - остаточный ресурс электропроводки; Т - максимальный срок службы электрической проводки, лет; Q - текущее значение остаточного ресурса электропроводки; Q и Q - значения остаточного ресурса электропроводки соответственно при наихудших и наилучших значениях аппаратурных влияющих факторов.
Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием периодического контроля параметров технического состояния ЭП, а следовательно, отсутствием возможности эксплуатации по фактическому состоянию.
Другим недостатком прототипа является низкая эксплуатационная надежность, обусловленная отсутствием возможности своевременного выявления предотказного состояния ЭП с целью предотвращения возможных катастрофических последствий отказа и обеспечения безаварийной эксплуатации ЭП.
Прототип не обладает возможностью выявления предотказного состояния на ранней стадии его возникновения, когда значения диагностируемых параметров еще не выходят за границы допустимого диапазона значений. Прототип не позволяет получить сведения о скрытых дефектах и повреждениях, имеющихся и накапливающихся в контролируемом объекте, из-за отсутствия анализа корреляционных связей между параметрами. Как установлено в научной статье автора Рыбалко В.В. (Параметрическое диагностирование энергетических объектов на основе факторного анализа в среде STATISTICA. // Научно-Пракический журнал Exponenta Pro 2 (6)/2004) корреляционные связи между параметрами искажаются значительно раньше появления отклонения от нормы какого-либо отдельного параметра.
Предложенным изобретением решается задача устранения указанных недостатков и создания способа определения остаточного ресурса ЭП, осуществляющего перечисленные ниже возможности.
Возможность дополнительно периодически измерять в начале каждого фиксированного временного интервала эксплуатации значения четырех диагностических параметров, а именно, сопротивления изоляции, дифференциального тока утечки на землю, коэффициента абсорбции и коэффициента поляризации ЭП. Реализация указанной возможности позволяет эксплуатировать ЭП по фактическому состоянию.
Возможность сохранять в соответствующем накопителе последовательности числовых значений параметров, измеренных в начале каждого очередного временного интервала эксплуатации в виде очередной нумеруемой строки таблицы данных. Номер очередной строки таблицы данных соответствует номеру очередного временного интервала эксплуатации.
Возможность вычисления для каждого набора значений диагностических параметров ЭП, сохраненных в строке с номером N={1, 2, 3…} таблицы данных, величины общего фактора, являющегося интегральным показателем увеличения дефектов (ИПУД) в ЭП. Для вычисления ИПУД (общего фактора) используют метод факторного анализа параметров, реализованный в программном пакете Statistics.
Возможность сохранения вычисленной величины ИПУД в строке, имеющей номер N, таблицы результатов, содержащей один столбец.
Возможность вычисления на N+1 интервале эксплуатации разности V(N+1) между двумя величинами ИПУД V(N+1)=ИПУД(N+1)-ИПУД(N), размещенными в соседних N и N+1 строках таблицы результатов. Вычисленная величина разности V(N+1) характеризует скорость накопления дефектов в техническом объекте на N+1 интервале эксплуатации.
Возможность вычисления процентного изменения величины V(N+1), вычисленной на N+1 интервале эксплуатации относительно величины V(2), вычисленной на N=2 интервале эксплуатации. Процентное изменение величины V(N+1) вычисляют по следующей формуле.
((V(N+1)-V(2))/V(2))×100,
где V(N+1) - величина разности между двумя величинами ИПУД, вычисленная на N+1 интервале эксплуатации;
V(2) - величина разности между двумя величинами ИПУД, вычисленная на начальном N=2 интервале эксплуатации.
Процентное изменение величины V(N+1) характеризует скорость изменения ИПУД в процессе эксплуатации. Величина указанной скорости позволяет судить о времени эксплуатации до наступления предотказного состояния. Как отмечено в прототипе на странице 8: "по мере накопления кинетических повреждений скорость разрушения ЭП начинает увеличиваться и возрастает вплоть до полного разрушения - отказа.".
Возможность периодического сравнения величины процентного изменения с граничным значением, равным +80%, для своевременного выявления предотказного состояния с целью повышения эксплуатационной надежности ЭП. Предотказное состояние проявляется, когда величина процентного изменения превышает граничное значение.
Возможность оповещения персонала, обслуживающего ЭП, о наступлении предотказного состояния.
Технический результат заявленого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, позволяющих эксплуатировать ЭП не только по остаточному ресурсу, но и по фактическому состоянию (до предотказного состояния) за счет периодического контроля ее технического состояния, а также в повышении эксплуатационной надежности за счет своевременного определения предотказного состояния ЭП.
Технический результат достигается тем, что в способе определения остаточного ресурса электропроводки, согласно которому измеряют переходные сопротивления контактов и проводников, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания устройства защитного отключения, полное сопротивление линии и контура, сопротивление заземляющих устройств и ожидаемый ток короткого замыкания, измеряют дифференциальный ток утечки на землю, коэффициент абсорбции и коэффициент поляризации, используют измеренные параметры для формирования аппаратурных влияющих факторов в системе нечеткой логики, нормализуют четкие аппаратурные влияющие факторы для приведения к одному диапазону их изменения по формуле
asc_izm
max
min
asc_izm_p
max
min
min
K=(((Z+Z)/2)-K)*(-50/(((Z+Z)/2)-Z))
asc_izm
где K значение аппаратурного влияющего фактора, приведенное к диапазону от -50 до 50, которое вводят в систему нечеткой логики;
asc_izm_p
K измеренное значение аппаратурного влияющего фактора;
max
Z - максимальная граница изменения аппаратурного влияющего фактора;
min
Z - минимальная граница изменения аппаратурного влияющего фактора, и настраивают диапазон изменения остаточного ресурса электропроводки в системе нечеткой логики таким образом, что в конце скрипта conc.m с учетом функции округления round устанавливают следующую зависимость между остаточным ресурсом электропроводки, текущим значением остаточного ресурса электропроводки и значениями остаточного ресурса электропроводки при наихудших и наилучших значениях аппаратурных влияющих факторов с учетом максимального срока службы электрической проводки:
тек
min
max
min
Q=round((Q-Q)*Т/(Q-Q)),
тек
min
max
где Q - остаточный ресурс электропроводки; Т - максимальный срок службы электрической проводки, лет; Q - текущее значение остаточного ресурса электропроводки; Q и Q - значения остаточного ресурса электропроводки соответственно при наихудших и наилучших значениях аппаратурных влияющих факторов, согласно изобретению дополнительно периодически измеряют в начале каждого фиксированного временного интервала эксплуатации значения четырех диагностических параметров, а именно сопротивления изоляции, дифференциального тока утечки на землю, коэффициента абсорбции и коэффициента поляризации ЭП, сохраняют в соответствующем накопителе последовательность числовых значений параметров, измеренных на очередном нумеруемом интервале эксплуатации, в виде очередной нумеруемой строки таблицы данных, номер которой совпадает с номером очередного временного интервала эксплуатации, вычисляют с помощью метода факторного анализа параметров для каждого набора значений диагностических параметров ЭП, сохраненных в строке с номером N таблицы данных, величину общего фактора, являющегося интегральным показателем увеличения дефектов (ИПУД) в ЭП, сохраняют вычисленную величину ИПУД в строке с номером N таблицы результатов, вычисляют на N+1 интервале эксплуатации разность V(N+1) между двумя величинами ИПУД V(N+1)=ИПУД(N+1)-ИПУД(N), размещенными в соседних N и N+1 строках таблицы результатов, вычисляют процентное изменение величины V(N+1), вычисленной на N+1 интервале эксплуатации относительно величины V(2), вычисленной на N=2 интервале эксплуатации, причем процентное изменение величины V(N+1) вычисляют по формуле
((V(N+1)-V(2))/V(2))×100,
где V(N+1) - величина разности между двумя величинами ИПУД, вычисленная на N+1 интервале эксплуатации;
V(2) - величина разности между двумя величинами ИПУД, вычисленная на N=2 интервале эксплуатации, сравнивают периодически величину вычисленного процентного изменения с граничным значением, равным +80%, и при превышении граничного значения оповещают персонал, обслуживающий ЭП, о наступлении предотказного состояния.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить отсутствие аналогов, характеризующихся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного способа. По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое решение имеет следующие новые признаки (операции).
Измеряют периодически в начале каждого фиксированного временного интервала эксплуатации значения четырех диагностических параметров, а именно, сопротивления изоляции, дифференциального тока утечки на землю, коэффициента абсорбции и коэффициента поляризации ЭП.
Сохраняют в соответствующем накопителе последовательность числовых значений параметров, измеренных на очередном нумеруемом интервале эксплуатации, в виде очередной нумеруемой строки таблицы данных, номер которой совпадает с номером очередного временного интервала эксплуатации.
Вычисляют с помощью метода факторного анализа параметров, реализованного в программном пакете Statistica, для каждого набора значений диагностических параметров ЭП, сохраненных в строке с номером N={1, 2, 3…} таблицы данных, величину общего фактора, являющегося интегральным показателем увеличения дефектов (ИПУД) в ЭП.
Сохраняют вычисленную величину ИПУД в строке с номером N таблицы результатов.
Вычисляют на N+1 интервале эксплуатации разность V(N+1) между двумя величинами ИПУД V(N+1)=ИПУД(N+1)-ИПУД(N), размещенными в соседних N и N+1 строках таблицы результатов.
Вычисляют процентное изменение величины V(N+1), вычисленной на N+1 интервале эксплуатации относительно величины V(2), вычисленной на N=2 интервале эксплуатации, причем процентное изменение величины V(N+1) вычисляют по формуле
((V(N+1)-V(2))/V(2))×100,
где V(N+1) - величина разности между двумя величинами ИПУД, вычисленная на N+1 интервале эксплуатации;
V(2) - величина разности между двумя величинами ИПУД, вычисленная на N=2 интервале эксплуатации.
Сравнивают периодически величину вычисленного процентного изменения с граничным значением, равным +80%, и при превышении граничного значения оповещают персонал, обслуживающий ЭП, о наступлении предотказного состояния.
Пример осуществления предложенного способа определения остаточного ресурса электропроводки поясняется таблицами 1, 2, которые приведены на фиг. 1 и фиг. 2.
В таблице 1 приведены результаты периодических измерений значений четырех наблюдаемых параметров Kпол, Kабс, Rиз, Iут. Символ Kпол обозначает коэффициент поляризации, используемый для оценки степени изношенности электрической изоляции. Символ Kабс обозначает коэффициент абсорбции, используемый при оценке степени ухудшения изоляционных свойств ЭП в процессе эксплуатации. Символ Rиз обозначает сопротивление изоляции ЭП, величина которого при эксплуатации уменьшается и влияет на срок службы ЭП. Символ Iут обозначает дифференциальный ток утечки на землю, величина которого при эксплуатации увеличивается и существенно влияет на безопасность людей и животных.
Таблица 2 в каждой соответствующей строке содержит результаты вычисления ИПУД (общего фактора) ЭП. Для вычисления ИПУД используют значения четырех наблюдаемых параметров, представленных в соответствующих строках таблицы 1.
Для осуществления предложенного способа используют измерительные приборы. Параметр сопротивления изоляции измеряют прибором MPI-525 согласно эксплуатационным правилам. (ПТЭЭП 2003. [Электронный ресурс]. - Электрон, дан. - М., [2013]. - Режим доступа: http://www.megaomm.ru/prilozhenie-3.1.-tabliczyi-1-38.html. - Загл. с экрана). Дифференциальный ток утечки на землю определяют прибором Prova СМ-07. (Постоянного тока/переменного тока клещи [Электронный ресурс] - Электрон, дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://ru.aliexpress.com/item/Free-Shipping-CM-07-TRMS-DC-AC-Clamp-Meter/245371919.html. - Загл. с экрана). Коэффициент поляризации и коэффициент абсорбции определяют прибором MIC-1000.
В рассматриваемом примере осуществления способа определения остаточного ресурса электропроводки выбирают полугодовой временной интервал между диагностическими наблюдениями. В указанной ранее статье Рыбалко В.В. для выбора числа n измерений p параметров рекомендовано соблюдать условие n≥р+51.
Начиная процесс регулярного диагностического наблюдения, получают начальный набор значений эксплуатационных характеристик, отображаемых в первой строке матрицы параметров, заданной в виде табл. 1 и сохраняемых в соответствующем накопителе. Для рассматриваемого примера в первой строке и в соответствующем накопителе появятся следующие значения.
Kпол=3,571; Kабс=1,9062; Rиз=2,2301*10**7 Оm; Iут=2,8576*10**(-3) А.
Для указанных значений параметров вычисляют величину - 2,01286 ИПУД, отображаемую в первой строке табл. 2 и сохраняемую в соответствующем накопителе. Многократно через равные промежутки времени измеряют и сохраняют в накопителе соответствующие значения эксплуатационных характеристик, отображаемых в виде соответствующих строк табл. 1.
Для каждой совокупности значений эксплуатационных характеристик, наблюдаемых с заданным временным интервалом, вычисляют значение ИПУД. Для этой цели используют программный пакет статистического анализа STATISTICA, который позволяет в диалоговом режиме вычислять значение общего фактора для принятых значений параметров, размещенных в соответствующем накопителе и отображаемых в виде соответствующих строк табл. 1.
Для рассматриваемого примера осуществления предлагаемого способа после вычисления и сохранения двух значений ИПУД, определенных на начальном этапе эксплуатации и после полугодового интервала, вычисляют приращение величины ИПУД, произошедшее за временной интервал между очередными диагностическими наблюдениями. Числовое значение приращения соответствует значению скорости изменения величины ИПУД, представляемой в условных единицах за заданный интервал времени.
На начальном интервале эксплуатации, происходящей в период медленного износа, величина разности V(2) между величинами ИПУД, размещенными в первой и второй строках таблицы результатов табл. 2 составляет 2,01286-1,91235=0,10051 условных единиц. На N+1=62 интервале разность V(N+1) между величинами ИПУД составляет 1,23981-1,21692=0,02289 условных единиц.
Вычисляют процентное изменение величины V(N+1), вычисленной на N+1 интервале эксплуатации относительно величины V(2), вычисленной на N=2 интервале по формуле ((V(N+1)-V(2))/V(2))×100. Процентное изменение составляет -77,23% и не превышает граничного значения.
При дальнейшем наблюдении технического состояния ЭП на N+1=63 интервале разность V(N+1) между величинами ИПУД составляет 1,43324-1,23981=0,19343 условных единиц. В данной ситуации процентное изменение составляет +92,45% и превышает граничное значение. В соответствие с очередной операцией предлагаемого способа оповещают персонал, обслуживающий ЭП, о наступлении предотказного состояния.
Таким образом, последовательность действий, представляющих заявляемый способ диагностирования, позволяет получить сведения о скрытых нарушениях рабочего процесса в контролируемом объекте, возникающих задолго до их внешнего проявления, выражающегося в отклонении от нормы какого-либо отдельного параметра. Продемонстрированная последовательность действий для выявления предотказного состояния доказывает возможность осуществления заявленного способа.
Следовательно, решена задача создания способа определения остаточного ресурса электропроводки и получен технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, позволяющих эксплуатировать ЭП не только по остаточному ресурсу, но и по фактическому состоянию за счет периодического контроля ее технического состояния, а также в повышении эксплуатационной надежности за счет своевременного определения предотказного состояния ЭП.