Патент на изобретение №2334221

(54) ТЕПЛОВОЙ СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО СОЕДИНЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для использования в технических системах при планировании диагностических мероприятий, ремонтных работ, сроков и объемов замены неработоспособных электроконтактных соединений. По тепловому способу прогнозирования остаточного ресурса электроконтактного соединения задают контрольный и предельный приросты температуры, измеряют температуру электроконтактного соединения и определяют ее начальный и текущий приросты от начала наблюдения, далее делают предварительный прогноз остаточного ресурса, включающий расчет времени следующего измерения температуры, определение текущего прироста температуры от начала наблюдения и сравнение его с контрольным. По итогам сравнения, если текущий прирост меньше контрольного, делают уточнение предварительного прогноза, а если текущий прирост достиг контрольного, то задают новый контрольный прирост температуры, сравнивают его с предельным, затем по итогам сравнения, если контрольный прирост меньше предельного, то вновь делают предварительный прогноз, а если контрольный прирост достиг предельного, то делают оценку остаточного ресурса, и считают ее окончательной. Технический результат – повышение достоверности оценки качества и надежности электроконтактных соединений, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области надежности технических систем и может быть использовано при планировании диагностических мероприятий, ремонтных работ, сроков и объемов замены неработоспособных электроконтактных соединений.

Известен тепловой способ контроля остаточного ресурса электрооборудования (SU №2287809, G01N 25/72, 2005), включающий замеры температуры в фиксированные моменты времени, приведение температур к единым условиям измерения, экстраполяцию зависимости максимальной температуры от времени, по которой определяют остаточный ресурс.

Недостатками данного способа являются:

– отсутствие возможности уточнения прогноза остаточного ресурса при изменении условий эксплуатации и состояния электроконтактного устройства;

– сложность использования данного способа из-за необходимости располагать характеристиками теплоизлучающего элемента (электрического сопротивления, площади эффективной поверхности, коэффициента теплоотдачи в момент проведения измерения).

Заявленное изобретение направлено на прогнозирование остаточного ресурса электроконтактного соединения на основе результатов измерения температуры этого же соединения в процессе его эксплуатации с корректировкой прогноза по мере поступления новых результатов измерения температуры.

Техническим результатом является повышение достоверности оценки качества и надежности электроконтактных соединений.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что по тепловому способу прогнозирования остаточного ресурса электроконтактного соединения согласно изобретению задают контрольный и предельный приросты температуры, измеряют температуру электроконтактного соединения и определяют ее начальный и текущий приросты от начала наблюдения, далее делают предварительный прогноз остаточного ресурса, включающий расчет времени следующего измерения температуры по формуле

,

где t_c – время следующего измерения,

t – текущее время,

T_с – контрольный прирост температуры,

Т₀ – начальный прирост температуры,

T(t) – текущий прирост температуры, при этом Т₀=Т-Т₀, где Т- температура в заданный момент времени от начала наблюдения. Т₀ – температура в начальный момент времени наблюдения, a T(t)=T(t) – Т_о, где T(t) – температура в момент времени t, оценку остаточного ресурса по формуле

,

где t_l – остаточный ресурс,

T_l – предельный прирост температуры, измерение температуры в рассчитанный момент времени, определение текущего прироста температуры от начала наблюдения и сравнение его с контрольным, по итогам сравнения, если текущий прирост меньше контрольного, то делают уточнение предварительного прогноза, а если текущий прирост достиг контрольного, то задают новый контрольный прирост температуры, сравнивают его с предельным, затем по итогам сравнения, если контрольный прирост меньше предельного, то вновь делают предварительный прогноз, а если контрольный прирост достиг предельного, то делают оценку остаточного ресурса, и считают его окончательным.

Задание контрольного и предельного приростов температуры обеспечивает возможность корректировки остаточного ресурса по мере поступления новых результатов измерения температуры. Формула для расчета остаточного ресурса проверена и подтверждена экспериментально для различных конструкций электроконтактных соединений. Измерения температуры в рассчитанные моменты времени позволяют уточнить прогноз остаточного ресурса в случае изменения условий эксплуатации соединения.

Тепловой способ прогнозирования остаточного ресурса электроконтактного соединения иллюстрируется фиг.1, на котором изображена блок-схема прогнозирования, таблицей, в которой приведены оценки остаточного ресурса t_l на основе экспериментальных значений прироста температуры T(t), и графиком фиг.2, где изображено сравнение прогнозируемого прироста температуры с результатами эксперимента, где 1 – экспериментальные данные, 2 – результаты расчета.

Тепловой способ реализует следующую последовательность оценки остаточного ресурса электроконтактного соединения. Задают контрольный и предельный приросты температуры на основании знания физики отказов, требований ГОСТов или других нормативных документов и т.п.

Измеряют температуру электроконтактного соединения и определяют начальный Т₀ и текущий T(t) приросты от начала наблюдения (например, во время плановых профилактических мероприятий). Затем делают предварительный прогноз остаточного ресурса. Для этого рассчитывают время следующего измерения температуры (через которое температура увеличится на Т_с) по формуле

и делают оценку остаточного ресурса по формуле

измеряют температуру в рассчитанный момент времени, определяют ее прирост от начала наблюдения и сравнивают текущий прирост с контрольным.

Если текущий прирост меньше контрольного, то делают уточнение предварительного прогноза через текущий прирост температуры.

Если текущий прирост достиг контрольного, то задают новый контрольный прирост температуры, сравнивают его с предельным.

Если контрольный прирост меньше предельного, то вновь делают предварительный прогноз. Для этого рассчитывают время следующего измерения температуры через новое значение контрольного прироста по формуле

и делают оценку остаточного ресурса по формуле

.

Далее измеряют температуру в рассчитанный момент времени, определяют ее прирост от начала наблюдения и вновь сравнивают текущий прирост с контрольным.

Если контрольный прирост достиг предельного, то оценку остаточного ресурса делают последний раз, так как данный факт свидетельствует о приближающемся наступлении отказа контактного соединения.

Пример реализации способа.

Возможности данного способа иллюстрируются на примере оценки остаточного ресурса разборного болтового соединения кабельного наконечника с зажимом разъединителя по температуре наиболее нагретой точки. Замеры температуры наиболее нагретой точки производили с помощью тепловизионной системы ThermoCAM P65 FLIR SYSTEMS.

Задали контрольный и предельный приросты температуры соединения, например Т_с=5° и T_l=25°. Измерили температуру соединения в начале наблюдения и через 2 дня (см. таблицу). Определили ее начальный прирост Т₀=Т-Т₀=41,70°-41,44°=0,26°. Измерили температуру соединения через 4 дня и определили ее текущий прирост Т(4)=Т(4)-Т₀=42,02°-41,44°-0,58°.

Рассчитали время следующего измерения температуры по формуле

и оценили остаточный ресурс по формуле

Это время составляет t_c=30 дней от начала наблюдений (см. чертежи и таблицу). Оценка остаточного ресурса составляет t_l=45 день.

Измерили температуру в 30-й день наблюдения. Текущий прирост температуры T(30)=1,42° меньше контрольного прироста Т_с=5°, рассчитали (уточнили) время следующего измерения с учетом текущего прироста температуры T(30). Это время составляет t_c=66 дней, а оценка остаточного ресурса t_l=75 дня.

Измерили температуру в 66-й день наблюдения. Текущий прирост температуры T(66)=2,78° меньше контрольного прироста Т_c=5°, уточнили время следующего измерения с учетом текущего прироста температуры Т(66). Это время составляет t_c=88 дней, а оценка остаточного ресурса t_l=76 дней.

Измерили температуру в 88-й день наблюдения. Текущий прирост температуры T(88)=4,00° меньше контрольного прироста Т_с=5°, уточнили время следующего измерения с учетом текущего прироста температуры T(88). Это время составляет t_c=98 дней, а оценка остаточного ресурса t_l=68 день.

Измерили температуру в 98-й день наблюдения, текущий прирост температуры k(98)=4,10° меньше контрольного прироста Т_с=5°, уточнили время следующего измерения с учетом текущего прироста температуры T(98). Это время составляет t_c=108 дней, а оценка остаточного ресурса t_l=74 день.

Измерили температуру в 108-й день наблюдения, текущий прирост температуры k(108)=5,28° превысил контрольный прирост Т_с=5°. Задали следующий контрольный прирост, например T_с=10° (т.е. увеличение температуры еще на 5°). Рассчитали время следующего измерения t_c=136 день и оценили остаточный ресурс t_l=62 дня.

Измерили температуру через 136 дней от начала наблюдений. Текущий прирост температуры T(136)=8,56° меньше контрольного прироста Т_с=10°, уточнили время следующего измерения с учетом текущего прироста температуры Т(136). Это время составляет t_c=144 дней, а оценка остаточного ресурса t_l=43 дня.

Описанную выше процедуру повторяли до тех пор, пока контрольный прирост температуры Т_с не достиг предельного T_l, что послужило сигналом о наступлении отказа контактного соединения. В рассматриваемом примере в момент времени t=206 дней текущий прирост температуры T(206)=20,44° превысил контрольный Т_с=20° (см. таблицу). Задали следующий контрольный прирост Т_с=25°, значение которого достигло значения предельного прироста T_l=25°. Последний раз рассчитали остаточный ресурс электроконтактного соединения t_l=9 дней.

Исполнение заявляемого способа не ограничивается данным примером его осуществления. В рамках данного изобретения возможны и иные альтернативные примеры решения указанной задачи в объеме формулы изобретения.

Из примера видно, что с помощью приведенного способа возможно прогнозирование остаточного ресурса электроконтактного соединения на основе результатов измерения температуры в процессе его эксплуатации с корректировкой прогноза по мере поступления новых результатов измерения температуры, что подтверждает решение поставленной задачи и технического результата.

Данный способ находится на стадии опытно-промышленного испытания на нескольких энергоснабжающих предприятиях Тверской области.

t, дни	T(t), °	T(t), °	Tc, °	tс, дни	tl, дни
0	41,44
2	41,70	0,26
4	42,02	0,58	5	30	45
30	41,88	1,42	5	66	75
66	44,04	2,78	5	88	76
88	45,44	4,00	5	98	68
98	44,98	4,10	5	108	74
108	46,72	5,28	10	136	62
136	50,00	8,56	10	144	43
144	49,06	8,56	10	152	46
152	51,76	10,32	15	168	37
168	53,50	13,30	15	174	27
174	54,62	13,76	15	178	26
178	57,54	16,40	20	186	18
186	59,06	17,86	20	192	14
192	58,84	17,92	20	198	15
198	58,12	17,98	20	204	15
204	60,70	19,26	20	206	12
206	61,88	20,44	25	215	9

Формула изобретения

Тепловой способ прогнозирования остаточного ресурса электроконтактного соединения, характеризующийся тем, что задают контрольный и предельный приросты температуры, измеряют температуру электроконтактного соединения и определяют ее начальный и текущий приросты от начала наблюдения, далее делают предварительный прогноз остаточного ресурса, включающий расчет времени следующего измерения температуры по формуле

где t_c – время следующего измерения;

t – текущее время;

Т_с – контрольный прирост температуры;

Т₀ – начальный прирост температуры;

T(t) – текущий прирост температуры, при этом Т₀=Т-Т₀, где Т – температура в заданный момент времени от начала наблюдения, Т₀ – температура в начальный момент времени наблюдения, a T(t)=T(t)-Т₀, где T(t) – температура в момент времени t, оценку остаточного ресурса по формуле

где t_l – остаточный ресурс,

T_l – предельный прирост температуры, измерение температуры в рассчитанный момент времени, определение текущего прироста температуры от начала наблюдения и сравнение его с контрольным, по итогам сравнения, если текущий прирост меньше контрольного, то делают уточнение предварительного прогноза, а если текущий прирост достиг контрольного, то задают новый контрольный прирост температуры, сравнивают его с предельным, затем по итогам сравнения, если контрольный прирост меньше предельного, то вновь делают предварительный прогноз, а если контрольный прирост достиг предельного, то делают оценку остаточного ресурса и считают ее окончательной.

РИСУНКИ