Устройство для непрерывного контроля теплового состояния электрического оборудования

Полезная модель относится к технике контроля теплового состояния узлов и элементов электрического оборудования и может быть использована в судоремонте, энергетике, машиностроении.
Техническое обслуживание и технический осмотр электрического оборудования, например, главных распределительных щитов морских судов, стоек высоковольтного оборудования регламентируется соответствующими руководящими документами.
Развитие дефектов электрического оборудования сопровождается аномальным повышением температуры отдельных элементов и узлов вплоть до критических значений, приводящих к аварийным ситуациям.
Известны способы использования тепловых методов оперативного контроля состояния электрического оборудования под нагрузкой с помощью пирометрических и штатных тепловизионных приборов (Власов А.Б. Модели и методы термографической диагностики объектов энергетики. - М.: Колос, 2006. - 280 с.; Семенов А.Н., Тюрин В.Н., Орлов И.Я., Афанасьев А.В. Пирометр // Патент РФ №2215269, заявл. 06. 05.2002, опубл. 27.10.2003; Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. - М.: Спектр, 2009, 2013. - 562 с.).
Тепловой метод контроля основан на дистанционном контроле ИК-излучения, которое характерно для всех реальных объектов. В качестве приемного устройства в пирометрах применены пиродатчики (пироэлементы), фотодетекторы, в современных тепловизорах - специализированные матрицы на основе микро-фотоэлементов, работающих в определенном диапазоне ИК-спектра (Семенов А.Н., Тюрин В.Н., Орлов И.Я., Афанасьев А.В. Пирометр // Патент РФ №2215269, заявл. 06. 05.2002, опубл. 27.10.2003;
Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. - М.: Спектр, 2009, 2013. - 562 с.).
На предприятиях, в том числе, на морских судах, для текущего теплового контроля оборудования в процессе работы используются пирометры - приборы, с помощью которых возможно оценить степень теплового перегрева проблемных участков.
Пирометры создают на основе единичного (дискретного) фотоприемника (Власов А.Б. Модели и методы термографической диагностики объектов энергетики. - М.: Колос, 2006. - 280 с.; Семенов А.Н., Тюрин В.Н., Орлов И.Я., Афанасьев А.В. Пирометр // Патент РФ №2215269, заявл. 06.05.2002, опубл. 27.10.2003; Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. - М.: Спектр, 2009, 2013. - 562 с.). Недостатком подобных приборов является то, что в их поле зрения попадает не только объект наблюдения, но и окружающие узлы, не относящиеся к исследуемым узлам.
В отличие от тепловизионных приемников, пирометры относительно дешевы и широко распространены в промышленности.
Использование дорогостоящих приборов - тепловизоров (Власов А.Б. Модели и методы термографической диагностики объектов энергетики. - М.: Колос, 2006. - 280 с.; Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. - М.: Спектр, 2009, 2013. - 562 с.), как показала практика, обладает уникальными особенностями, позволяющими проводить оперативный тепловой контроль за счет наблюдения расширенных зон поверхности с помощью специальных ИК-матриц с последующей визуализацией теплового поля исследуемой поверхности в виде термограмм (Власов А.Б. Модели и методы термографической диагностики объектов энергетики. - М.: Колос, 2006. - 280 с.; Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. - М.: Спектр, 2009, 2013. - 562 с.).
Дефекты электрического оборудования накапливаются временем с определенными закономерностями, и, как правило, появляются в периоды интенсивной нагрузки.
Тепловизионный метод контроля позволяет оперативно оценить степень развития образовавшегося дефекта, дать рекомендации по времени его устранения.
Применение тепловизионных систем на энергетических предприятиях, на морских судах, в заводских условиях на производстве в настоящее время ограничено в силу объективных факторов, к которым следует отнести значительную стоимость тепловизионного оборудования. Это не позволяет использовать тепловизоры в повседневной практике, например, непосредственно в море, на промысле на отдельном судне.
Тепловизионный контроль судового электрооборудования в настоящее время ограничен его использованием во время стоянки судна в порту, у причала, при питании от береговой электрической сети. В связи с этим значительная часть силового оборудования, технологических машин, судовых кабельных трасс не в полной мере подвергается тепловизионному аудиту при активной нагрузке при обследовании оборудования в порту.
Наиболее важным фактором, ограничивающим применение тепловизионных комплексов в ряде отраслей промышленности является то, что в отличие от береговой электроэнергетики, характеризуемой наличием открытых подстанций, на морских судах традиционно используют комплектные распределительные щиты, недоступные для ИК-диагностики в рабочем (закрытом на блокировку) состоянии. Естественно, что при закрытой панели той или иной стойки (блока, шкафа) доступ для обследования ИК-камерой тепловизионного оборудования невозможен без использования специальных приемов, например, врезкой «окна», пропускающего ИК-излучение от элементов работающего электрического оборудования.
Тем не менее, широкое внедрение силовых электроэнергетических установок, в том числе, высоковольтного (до 6 кВ) оборудования на судах, невозможно без постоянного ИК-контроля, являющегося незаменимым средством оценки технического состояния электрооборудования непосредственно в работе под напряжением.
Именно поэтому представляет интерес разработка устройств на основе ПК- камер, которые способны работать в непрерывном режиме внутри, например, распределительной стойки (шкафа) с силовым оборудованием, с дистанционной передачей информации о тепловом состоянии электрического оборудования на пульт контроля и управления.
Применение тепловизионной техники в процессе технического аудита ограничено также сложностью эксплуатации приборов и достигается, как правило, силами сертифицированных специалистов.
Электрическая схема устройства пирометров, позволяет оценивать величину температуры поверхности объекта наблюдения путем регистрации РЖ-излучения.
С учетом особенностей конструкции пирометра (Семенов А.Н., Тюрин В.Н., Орлов И.Я., Афанасьев А.В. Пирометр // Патент РФ №2215269, заявл. 06.05.2002, опубл. 27.10.2003; Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. - М.: Спектр, 2009, 2013. - 562 с.) его применение эффективно, если изначально известна локализация дефекта, но оперативный контроль многочисленных и протяженных электрических или тепловых объектов с помощью пирометра затруднен. Непрерывный контроль с помощью пирометра, в том числе, с помощью тепловизионных приемников, в течение длительного времени, например, во время работы оборудования на судах на промысле, заводских условиях невозможен.
Оборудование и узлы технических устройств, как правило, заключены в замкнутые шкафы, стойки, секции, закрываемые при их работе с целью электробезопасности. Поэтому применение пирометров и тепловизионных приборов дополнительно затруднено необходимостью открытия дверцы, снятия защитной стенки (ограждения) изолированных друг от друга комплектных шкафов, стоек, что в ряде случаев затруднительно из-за наличия блокировок на оборудовании, работающем под напряжением.
Перечисленные факторы не позволяют использовать современные методы тепловой диагностики как с помощью пирометров, так и тепловизоров непосредственно в процессе эксплуатации оборудования, например, на закрытом оборудовании электрических подстанций, на главных распределительных щитах морских судов и т.п.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в обеспечении непрерывного контроля теплового состояния электрического оборудования в процессе его эксплуатации под нагрузкой и своевременном выявлении возникающих тепловых дефектов.
Для достижения указанного технического результата устройство для непрерывного контроля теплового состояния электрического оборудования содержит корпус с возможностью его установки в место визуализации электрического оборудования, внутри корпуса размещены источник питания, электрически подсоединенные к источнику питания модуль видеокамеры, модуль ИК-камеры и блок обработки информации и сигнализации, последний представляет собой электрическую схему и включает микроконтроллер (МК), причем модули видеокамеры и ИК-камеры электрически подключены к электрической схеме блока обработки информации и сигнализации.
Предлагаемое устройство для непрерывного контроля теплового состояния электрического оборудования иллюстрируется блок - схемой, представленной на фигуре.
Устройство для непрерывного контроля теплового состояния электрического оборудования 1 содержит корпус 2 с возможностью установки в место для визуализации электрического оборудования, например на внутренней поверхности стенки замкнутого шкафа, для осуществления контроля за тепловым состоянием элементов электрического оборудования, находящегося под напряжением, или на электрической подстанции для осмотра, например высоковольтных трансформаторов, выключателей и т.д. Внутри корпуса 2 размещены источник 3 питания, модуль видеокамеры 4, модуль ИК-камеры 5, блок 6 для обработки информации и сигнализации. Блок 6 для обработки информации и сигнализации представляет собой электрическую схему (не приведена) и включает микроконтроллер 7 (МК 7). К электрической схеме блока 6 электрически подсоединены модуль видеокамеры 4 и модуль РЖ - камеры 5.
В качестве источника 3 питания могут быть использованы батарейки АА, в качестве МК 7 может быть использован МК типа Rasberry PI.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Перед установкой устройства 1, например, в замкнутый шкаф с электрическим оборудованием, отключают электропитание и крепят корпус 2 на внутреннюю поверхность стенки шкафа, двери, в котором расположено наблюдаемое электрооборудование. Затем шкаф закрывают и включают блокировку. Наблюдаемые отдельные элементы (узлы, детали) анализируемого электрического оборудования расположены перед модулем ИК-камеры 5 на расстоянии ширины шкафа. Далее включают устройство по алгоритму, заложенному в ЭВМ, к которой устройство 1 с помощью проводной связи (или WI-FI) подсоединено, при этом ЭВМ-оператора расположена на удалении от наблюдаемого электрического оборудования.
В случае наблюдения за работающим электрическим оборудованием под напряжением на открытом пространстве корпус 2 устройства 1 крепят на элементах конструкции оборудования в пределах видимости от 3 метров и более.
кр
В процессе непрерывной эксплуатации элементы (узлы) электрического оборудования могут нагреваться, и при аварийном состоянии температура их поверхности может достигать критических значений (Т).
ИК-излучение от поверхности элементов (узлов) электрического оборудования непрерывно попадает на модуль ИК-камеры 5. Одновременно происходит наблюдение за оборудованием с помощью модуля видеокамеры 4. На ЭВМ оператора регистрируется теплограмма с наложенным видимым изображением наблюдаемой поверхности электрического оборудования. При повышении температуры отдельных элементов оборудования на теплограмме отображается область повышенной температуры поверхности наблюдаемого узла электрического оборудования.
кр
кр
С помощью настройки параметров микроконтроллера (МК) 7 оператор (диспетчер) выставляет уставки на превышение температуры не более Т отдельных узлов оборудования, так что при превышении температуры выше критического значения Т уставки, на мониторе ЭВМ появляются визуальные, звуковые сигналы, свидетельствующие о нарушении работоспособности элементов оборудования, попадающего в поле зрения модуля ИК-камеры 5. В связи с этим оператор проводит анализ причины с учетом внешних факторов, что позволяет обслуживающему персоналу произвести немедленную ревизию узлов, попадающих в поле зрения модуля ИК-камеры 5 и модуля видеокамеры 4 устройства 1.
Устройство для непрерывного контроля теплового состояния электрического оборудования работает в непрерывном режиме.
Достоинством применения предлагаемого устройства является то, что его использование позволяет оперативно реагировать на образовавшиеся и накапливаемые дефекты, например, контактных соединений в замкнутом пространстве шкафа, непосредственно под напряжением. Это позволит в дальнейшем обслуживающего персоналу детализировать локализацию дефекта и своевременно устранить неисправность, устраняя последствие аварийных ситуаций.
К преимуществам предлагаемого устройства для непрерывного контроля теплового состояния электрического оборудования можно отнести дешевизну, малые габариты, мобильность, возможность установки, перестановки на разнообразные конструкции и внутренние объемы комплектных (замкнутых) шкафов с электрическим оборудованием.
Извещатель 1, входящий в состав предлагаемого комплекса, обладает преимуществами, к которым можно отнести дешевизну, малые габариты, мобильность, возможность установки, перестановки на разнообразные конструкции и внутренние объемы комплектных (замкнутых) шкафов с электрическим оборудованием.