СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ И АКУСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Милованов С.В. Научный руководитель ОМК ООО «ПАНАТЕСТ», к.э.н.

Электромагнитные волны

Переменное электрическое поле порождает изменяющееся магнитное поле и наоборот, что ведёт к распространению единого электромагнитного поля в пространстве, которое называют электромагнитной волной. То есть электромагнитной волной называют изменяющееся электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве. Электромагнитные волны описывают при помощи системы уравнений Максвелла для векторов напряжённости электрического и магнитного полей.

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию. Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Генри Герц измерил частоту ν гармонических колебаний в цепи и длину λ электромагнитной волны и определил скорость электромагнитной волны: υ= λ·ν. Значение скорости электромагнитной волны, полученное в эксперименте Герца, совпало со значением скорости электромагнитной волны по гипотезе Максвелла с = 299 792 458 м = 300 000 км/с. Чтобы сделать излучение более интенсивным, необходимо увеличить циклическую частоту. Распространение электромагнитной волны зависит от взаимодействия электрического и магнитного полей. Различные среды обладают различными электрическими и магнитными свойствами, и поэтому скорость электромагнитной волны может быть разной в разных средах.

Шкала электромагнитных излучений

Физики условно разделили колебания электромагнитной природы на спектры, о которых большинство, наверное, слышали.

• Гамма-излучение (γ) Сверхкороткие излучения. Возникают вследствие одноимённого радиоактивного распада; это приходящие из космического пространства лучи. Прозрачны практически для всех соединений на Земле, разрушительно влияют на живую материю.
• Рентгеновское. Появляется вследствие сильного разгона заряженных частиц или переходах электронов между уровнями с огромной разницей потенциалов в атомах.
• Ультрафиолетовое. Ультрафиолет близок к видимому спектру, при определённых условиях человеческий глаз замечает излучения близкие к 400 нм. Основной источник – Солнце. Обладает разнообразным воздействием на биологические ткани, эффект зависит от длины волны.
• Видимый для человека спектр (визуальный) лежит в диапазоне 400–740 нм. Лучи легко преодолевают атмосферу, отражаются и поглощаются в оптических установках
• Инфракрасное. Излучение, ощущаемое человеком как тепло. Исходит от нагретых поверхностей, чем они горячее, тем короче волна и выше энергия.
• Терагерцовое. Неионизирующие субмиллиметровые лучи. Проводятся диэлектриками, биологическими средами и поглощаются большинством проводников (за редким исключением). Применяются в системах таможенной безопасности, медицине – томографы.
• Радиоволны. Самый широкий спектр, наиболее применяемый человеком для систем связи в пределах планеты и ближнего космоса.

Рис.1. Шкала электромагнитных излучений.

Акустические волны. Уравнение механических волн

Акустическими (или волнами звука) называют упругие волны, которые распространяются в пространстве определённого частотного диапазона 16 – 20000 Гц. Звуковые волны относятся к механическим колебаниям с малыми амплитудами (это слабое возмущения). Волны с частотой менее 16 Гц называют инфразвуковыми, а более 20 000 Гц. волны являются ультразвуковыми. Инфразвук и ультразвук человек не слышит. Звуковые волны в газообразных и жидких веществах могут быть только продольными, поскольку эти вещества имеют свойство упругости только в отношении деформации сжатия и растяжения. В твёрдом теле акустические волны могут быть и продольными, и поперечными, так как твёрдое тело может быть подвержено ещё и деформации сдвига. Скорость распространения акустических волн в газовых средах может быть найдена в соответствии с выражением: V = корень квадратный из (k R T/m), где - R газовая постоянная, k- коэффициент Cp/Cv, m -молярная масса газа. Данная формула говорит нам о том, что скорость звука в газовых средах не зависит от давления, но увеличивается с ростом температуры. Чем больше молярная масса газа, тем меньше скорость распространения волн звука. Рассматривая распространение акустических волн в атмосфере, следует принимать во внимание множество параметров: скорость и направление ветра, влажность, состав воздуха, явления преломления и отражения звука на границах раздела сред, вязкость газа, в котором распространяется звуковая волна.

Основные характеристики акустической волны

Акустические волны, как и любые другие упругие волны, появляются из-за наличия связей, которые имеются между частицами вещества, в котором они распространяются. При этом отклонение (перемещение) одной частицы от положения равновесия ведёт к смещению соседствующих с ней других частиц. Данный процесс происходит в пространстве с некоторой ограниченной скоростью. В воздухе скорость звука при t=0 C равна 331 м/с, при t=1 C, скорость увеличивается на 1,7 м/с.

Сравнение акустических и электромагнитных волн

• По своей природе звуковые волны являются механическими волнами. А электромагнитные волны это порождение переменных магнитного и электрического полей.
• Акустическая волна способна распространяться только в веществе, которое имеет свойство упругости. Электромагнитная волна может распространяться в любом веществе, в том числе и в вакууме (без газовой среде).
• Скорость распространения звуковых волн зависит от состояния среда (температура, плотность, молярная масса и т.д.). Электромагнитная волна распространяется со скоростью, не зависящей от состояния вещества. В вакууме электромагнитные волны распространяются со скоростью света: С 300 000км/с
• В настоящее время существуют большие группы приборов для неразрушающего контроля и технической диагностики, которые используют датчики для регистрации сигналов в различных диапазонах акустических и электромагнитных частях спектра, работающих на различных физических принципах. Каждый класс приборов соотносится с определёнными стандартизованными методиками измерений, использующими свои единицы измерений, стандартизованные образцы, меры, эталоны, поверочные схемы и многое другое, что обеспечивает стандартизацию и единообразие измерений и диагностики.

Акустические камеры, модель KAC22 V2.1

Представляет собой портативное устройство визуализации акустических сигналов, работающее на звуковых и ультразвуковых частотах.

Рис.2. Визуализация дефекта трансформаторных вводов акустической камерой.

Прибор использует технологию формирования двумерной матрицы данных о распределении источников звука, снятых с решетки узконаправленных акустических датчиков (микрофонов), с помощью которой формирует видеоизображение высокого разрешения в «онлайн» режиме. Накладывая карту источника звука на видеоизображение можно идентифицировать местоположение источника.

Оборудование является простым и удобным в эксплуатации, быстродействующим и эффективным. В основном необходимо настроить только два параметра: диапазон тестовых частот и тестовый динамический диапазон. Устройство осуществляет поддержку режимов фотокамеры и видеокамеры, производит информативную запись данных на карту памяти данных TF, а результаты испытаний можно быстро отправить для изучения и анализа.

Акустическое устройство визуализации KAC22 позволит вам быстро обнаружить потенциальные утечки газа и потерю вакуума в шумных промышленных условиях работы. При работе с энергосистемами и высоковольтным оборудованием устройство поможет вам быстро определить потенциальные места возникновения частичных разрядов.

Основные характеристики прибора:

• Решетка микрофонов: 28-канальный микрофон MEMS
• Эффективная полоса пропускания (частотный диапазон): 2 кГц-48 кГц
• Поле обзора звукового изображения (снимка): 62°
• Частота кадров звукового изображения: не менее 25 кадров в сек. (полоса пропускания 2 кГц)
• Динамический звуковой диапазон (диапазон уровня звукового давления): 30–120 дБ.
• Акустическое устройство визуализации имеет прочный и долговечный корпус из алюминиевого сплава, пригодное для тяжелых условий эксплуатации.

Ультрафиолетовые камеры, CoroCAM 6

Ультрафиолетовая камера представляет собой оптико-электронное устройство, предназначенное для наблюдения объектов, излучающих или отражающих излучение в ультрафиолетовом диапазоне спектра. Такие камеры используются для дистанционной регистрации и измерения интенсивности ультрафиолетовых сигналов в области спектральной прозрачности атмосферы Земли. Такие системы особенно эффективны для систем обнаружения пожаров, диагностики электроэнергетического оборудования и линий электропередачи.

Рис.3 - изображение УФ камеры CoroCAM. Более подробно о приборе CoroCAM 6...

• Принцип действия дефектоскопов основан на регистрации и подсчёте количества фотонов, с осуществлением вывода численного значения на дисплее прибора и записи всей информации на носителе. Область визуализации УФ сигнала наложена на видеосигнал исследуемого объекта, благодаря чему оператор однозначно может идентифицировать и количественно оценивать местоположение потенциального дефекта, оценивать уровень его опасности.
• Стандартная чувствительность для диагностических УФ систем, заложенная в нормативной базе «РОСТЕСТА РФ» составляет 2х10–(18) Вт/см2, что обеспечивает диагностику большинства объектов, работающих на переменном электрическом токе.

Примеры отображения дефектов на экране УФ и акустических дефектоскопов. Сопоставление методов

Как показывает практика использования акустических систем на объектах электроэнергетики, точность обнаружения разрядных явлений значительно уступает точности позиционирования их при помощи УФ дефектоскопов, которые способны выявить даже отдельно взятый изолятор в гирлянде. Так же, точность обнаружения и позиционирования акустических источников сильно зависит от погодных условий, силы и направлений ветра, влажности и, соответственно, значительно падает с увеличением дистанции и увеличением интенсивности атмосферных явлений.

Даже предварительное, теоретическое сопоставление методик, проведённое на основании анализа технических принципов, реализованных в этих приборах, позволяют сделать утверждение, что с высокой долей вероятности, на большинстве объектов, точность и вероятность обнаружения потенциально опасных участков для приборов УФ диагностики будет гораздо выше. Прежде всего, это будет проявляться в абсолютно точной идентификации расположения частичного разряда и оценке его интенсивности.

Рис.4 А- изображение с акустической камеры. Б-изображение с УФ-камеры.

ООО «ПАНАТЕСТ» предлагает комплексную, многоуровневую поддержку потребителя оборудования, которая гарантирует его максимально эффективное применение. В неё входит не только поставка и гарантийные обязательства от ведущих мировых поставщиков, но и метрологическое обеспечение на базе собственной лаборатории, работающей в непосредственном контакте с ведущим органом сертификации РФ - ФБУ "РОСТЕСТ-Москва". Кроме того, наши специалисты участвуют в обучении и сертификации персонала в содружестве с центром НУЦ «Качество», по различным направлениям неразрушающего контроля и диагностики. Генеральный директор НУЦ «Качество», к.т.н., Батов Г.П. является одним из «пионеров» продвижения в РФ таких передовых методов контроля как тепловой, ультрафиолетовый, акустический. Наша компания постоянно развивается и внедряет новые, самые современные методы решения технических задач.