Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Aspekty a perspektivy diagnostiky elektrických silnoproudých zařízení

číslo 11/2004

hlavní článek

Aspekty a perspektivy diagnostiky elektrických silnoproudých zařízení

prof. Ing. Václav Mentlík, CSc.,
Fakulta elektrotechnická, Západočeská univerzita v Plzni

1. Úkoly diagnostiky v elektrotechnice

Současnou elektrotechniku si nelze představit bez dostatečných informací na všech jejích úrovních a hladinách. Disciplínou, která v těchto oblastech hraje nezastupitelnou roli, je diagnostika. Informace, které zajišťuje, jsou nezbytné v oblasti prvků i u podsystémů a systémů elektrických zařízení. Diagnostika se tak stává spojovacím článkem ostatních odvětví, jež se podílejí na vzniku a provozu strojů i přístrojů v elektrotechnice. Přitom respektuje úlohu řídicích procesů, a to ve výrobě vlastní i při řízení diagnostických procesů. V řetězci elektrotechnologických disciplín podílejících se na konstrukci a výrobě elektrických zařízení je základní materiálové inženýrství. To zajišťuje potřebné prvky pro daný účel – výběr materiálů –, popř. modifikaci základních látek, aby mohly předpokládanou funkci plnit. V současné době je zřejmé, že v této oblasti se vychází ze souvislostí struktura – vlastnosti, a podle požadavků, které jsou na daný prvek – materiál – kladeny, lze na základě znalostí struktury vyhledanou vhodnou látku modifikovat tak, aby vzniknuvší materiál odpovídal podmínkám zadání – splnil dané požadavky. Už na této úrovni jsou zapotřebí informace o parametrech látek (později vzniklých materiálů), jejich vývoji při modifikaci pro daný účel i interakcích probíhajících při těchto procesech. Na úrovni vstupu prvků – materiálů – do vlastní výroby jsou nutné informace o tom, zda všechny vlastnosti materiálu jsou v požadovaných mezích a s přípustnými tolerancemi. Uvedené úkoly jsou tedy prvořadou, základní náplní diagnostiky, kterou lze právem nazvat elektrotechnologickou, neboť se jedná o činnosti, které jsou v úzkém přímém kontaktu s výrobou, činnostmi a interakcemi, jež k ní patří. Proto jí toto označení plně odpovídá. Stejně důležité poslání má takto pojatá diagnostika i ve vlastní výrobě, tedy v oblasti technologických procesů (nebo know-how). Vazby v naznačené oblasti jsou zobrazeny ve strukturálním schématu (obr. 1), zachycujícím strukturu moderní elektrotechnologie tak, jak je v současnosti správně chápána.

Obr. 1

Co se týče technologických procesů, mají diagnostická šetření význam v několika rovinách. V první řadě to jsou tzv. mezioperační kontroly. To je oblast, v níž diagnostika tím, že včas vyloučí z dalšího výrobního procesu špatné díly (popř. jejich části), má značný ekonomický efekt, neboť umožňuje zabránit dalšímu postupu výrobku se špatnou součástí. Jiným místem, kde ve výrobě diagnostika účinně pomáhá, je výstupní kontrola – vyzkoušení hotového výrobku po jeho dohotovení u výrobce. Tato diagnostika má opět velký ekonomický význam; spočívá v omezení záručních řízení a oprav na minimum, či jejich odstranění vůbec. Zde lze spatřovat význam diagnostiky s ekonomickými efekty v širším kontextu, a to zejména v rozboru příčin poruch, které nastávají během provozu zařízení. Vzniklé poruchy jsou zaznamenávány, tříděny a archivovány v databázích. Z výsledků rozboru jejich příčin vyplývají mnohá nesmírně cenná fakta, informace a následné postupy. Jedná se např. o návrhy směřující ke změnám konstrukce dotčeného zařízení. Tak tomu je tehdy, kdy opakující se poruchy ukazují na nedostatky v tomto směru. Diagnostika pak vede ke zlepšení zařízení. Zlepšení zase vede k eliminaci prvků a částí, které byly příčinou opakovaných poruch. V této oblasti může diagnostika ukázat i na nedostatky ve vlastní výrobě, poukáže-li na opakující se poruchy, které lze charakterizovat jako následky chyb ve výrobě. Rozbor zde vyústí v doporučení následných změn v postupu výroby zařízení. Stejně tak se výsledky rozboru poruch využívají pro návrhy úpravy pracovního prostředí, v němž zařízení pracuje. To je zapotřebí v situaci, kdy opakované poruchy signalizují přetěžování zařízení ze strany prostředí a jeho parametrů. Výsledky diagnostiky tudíž vedou i k řešením odstraňujícím zmíněný zátěžový faktor.

Další skutečností je i to, že diagnostika má k dispozici vlastní aparát pro to, aby navrhla postup, jak odhalenou poruchu co nejrychleji odstranit. Znamená to, že nejen určí a lokalizuje místo poruchy, ale také vydá operativní instrukce pro údržbu stanovením optimálního sledu operací vedoucích k odstranění poruchy (náhradní díly, nutné demontážní i montážní úkony). Tak je zařízení přímo, rychle a bez zbytečných prodlev a úkonů opraveno. Výsledným efektem je zde rychlost, s níž je porucha odstraněna. To zkracuje zdržení a omezuje další (i ekonomické) ztráty.

Je-li elektrotechnologická diagnostika chápána jako vazebný a neodlučitelný článek propojující materiálové inženýrství a technologické procesy, je obzvláště důležité a cenné její místo a význam při sledování života technických zařízení – tzn. provozní diagnostika. V této oblasti je významné nejen sledování vývoje parametrů zařízení, ale také ukládání dat, tj. tvorba cenných databází hodnot (parametrů) popisujících vlastní vývoj chování systémů. Podle těchto informací lze zpracovat předpověď chování systému v následujícím období. Elektrotechnologická prognostika je tudíž vlastně završením funkce diagnostiky, tedy tím, co je od ní v této oblasti očekáváno – a je logickým vyvrcholením zmiňované činnosti.

Uvedená fakta zdůrazňující nezastupitelnost diagnostiky (v šíři celého jejího záběru) nezvratně podporuje další skutečnost, která plyne ze současných požadavků zdůrazňujících ekonomické aspekty při hodnocení konkrétních situací. Na elektrická zařízení jsou v současné době kladeny dva základní prioritní požadavky. Prvním je pořizovací cena zařízení, přičemž se požaduje její co nejrychlejší návratnost. Druhým požadavkem, který je důležitý z hlediska jeho provozu, je pohotovost zařízení.

Pohotovost – výslednice spolehlivosti a udržovatelnosti daného zařízení, je pro jeho hodnocení rozhodující. Objevuje se ve sledování provozu a činnosti každého elektrického zařízení. Ovlivňují ji tedy spolehlivost, jako pravděpodobnost bezporuchového chodu, a udržovatelnost, jako pravděpodobnost uvedení zařízení do původního stavu při vzniklé poruše při předepsané – požadované – době údržby.

Celkové zajištění již zmíněných požadavků na elektrická zařízení odpovídající jeho spolehlivosti i udržovatelnosti, spolu s možností předpovědi dalšího vývoje chování zařízení, umožňuje elektrotechnologická diagnostika. Ta tak zpětnovazebně i prognosticky zajišťuje již popsané požadavky.

2. Diagnostický systém a jeho části

Byla již zdůvodněna důležitost diagnostiky v elektrotechnické praxi; to dostatečně zdůrazňuje její nezastupitelnost. V dalším textu bude uvedeno, co diagnostika ke splnění své úlohy vyžaduje.

Aparát – prostředky potřebné pro vykonávání diagnostických činností – je soustředěn v diagnostickém systému. Ten zahrnuje:

  • Nutné instrumentální vybavení pro diagnostiku (tím se rozumí soubor měřidel s vhodnými převodníky, tedy aparát umožňující převod roviny stavů diagnostikovaného systému do roviny signálů, které jsou snímány a zaznamenávány), potřebná čidla (ta by měla být součástí zařízení), neboť diagnostika by měla být samozřejmostí již při konstruování zařízení (tam, kde je to opodstatněné zejména cenou a důležitostí diagnostikovaného objektu).

  • Matematický model diagnostikovaného objektu, který je schopen simulovat bezchybné provozní stavy i všechny chybové stavy představující poruchové stavy diagnostikovaného objektu, včetně všech možností, které se zde mohou vyskytnout. To znamená, že při jeho přípravě se shromáždí charakteristiky daného zařízení, jeho charakteristické stavy i matematické vyjádření průběhů jeho parametrů.

  • Volbu přístupu k řešení diagnostického problému (odvíjejícího se od aktuálního matematického modelu). Ten může být dvojí: fenomenologický (při této diagnostice jde pouze o reakce diagnostikovaného objektu na vstupní diagnostické signály) nebo strukturální (tzn. co se děje v systému – struktuře – diagnostikovaného objektu). Z názoru plyne, že strukturální přístup poskytuje vydatnější informace, rozptyl hodnot jeho šetření je menší. Vyžaduje však nákladnější aparaturu a speciálně školenou obsluhu. Fenomenologický přístup je jednodušší, jsou s ním četné zkušenosti, neboť se používá již dlouho, v některých případech je také jednoduší ohledně obsluhy, rozptyl získaných údajů může být u některých jeho metod větší, je ovšem nepoměrně méně nákladný, neboť nevyžaduje speciální vybavení přístroji. Obr. 2

  • Problém destruktivnosti či nedestruktivnosti vykonávaných zkoušek. Destruktivní zkoušky mají dobrou výpovědní schopnost, ovšem k jejich nevýhodám patří velká spotřeba experimentálního materiálu, který je zkouškami znehodnocen. Tím jsou tedy ekonomicky náročnější. Nedestruktivní zkoušky lze opakovat – experimentální materiál zůstává téměř nepoškozen. Tyto zkoušky jsou tedy použitelné pro diagnostiku on-line.

  • Volbu postupu diagnózy (stanovení režimu, jakým bude diagnostika postupovat – zde lze obecně použít dva přístupy: off-line a on-line).

  • Znalostní a zkušenostní potenciál, tzn. pracovníky, kteří mají odpovídající zkušenosti a znalosti na požadované úrovni (tento aspekt se jeví jako velmi důležitý, neboť umožňuje odpovídající provedení diagnostiky na náležité úrovni).

  • Stanovení metodologie (postupu) vlastní diagnostiky, tzn. nejen stanovení jednotlivých diagnostických operací a jejich optimalizaci, ale také určení jednotlivých kroků diagnózy s respektováním ekonomických aspektů celého procesu. Hloubka šetření a přesnost diagnostiky úzce souvisejí s cenou diagnostikovaného zařízení a jeho zařazením v řetězci odpovědnosti za ohrožení životů, oblastí, či dokonce chodu společnosti.

Návaznost jednotlivých procesů při tvorbě diagnostického systému i působnost výstupů diagnostiky a její dopady jsou schematicky zachyceny na obr. 2.

Diagnostika, jak již bylo uvedeno, zasahuje do celé elektrotechnické výroby, tedy do obou jejích existujících etap – výrobní i provozní. Prochází přípravnou fází a následně procesní fází – fází diagnostických šetření. Vazby a stadia diagnostických činností jsou patrné ze schématu na obr. 3. Obr. 3 Z obr. 3 je zřejmé, že ve fázi přípravy diagnostiky je nutné vyvinout metody a zkoušky v obou etapách výroby elektrických zařízení – tedy ať se jedná o zkoušky pro vstupní kontrolu nebo o vlastní výrobu, kde je zejména nutné brát zřetel na mezioperační zkoušky. Zde je především citlivá oblast vyhledávání vhodných míst ve výrobě pro zařazení zkoušek tak, aby podchytily podstatnou část výrobního cyklu a včas vyřadily případné vadné díly. Jejich režim a jejich vykonání přitom nesmí vést k poškození výrobku. To je důležité zejména tam, kde je zvolena zkouška přiloženým napětím. Jeho stanovená hladina nesmí zkoušený předmět narušit. Přitom zkouška musí být maximálně výpovědischopná. Důležitá je také analýza vlivu použitých technologií. Z tohoto pohledu se dělá mnoho laboratorních šetření. Z jejich výsledků se následně stanoví zkušební režim.

V přípravné fázi diagnostiky etapy provozu se opět vychází ze zkušeností získaných při laboratorních zkouškách. Vliv provozních faktorů i prostředí je třeba ověřit zkrácenými zkouškami při urychlení zvýšeným namáháním a výsledky pak přepočítat na předpokládané reálné podmínky. Kromě navržení diagnostických režimů je zde žádoucí se soustředit na způsoby záznamu a registraci naměřených hodnot v databázích. Tato závažná část diagnostiky nesmí být opomíjena, neboť záznam dat – sledování vývoje vlastností diagnostikovaných objektů v čase je výchozím ukazatelem pro prognostiku. To je vyvrcholením diagnostické činnosti. Při způsobu zkoušek off-line je také důležitá jejich periodicita – určení intervalů mezi jednotlivými šetřeními. Zde se většinou vychází ze zkušeností v dané oblasti. Jedná se o velmi citlivou záležitost, neboť dlouhé intervaly se mohou stát pro zařízení osudnými – zkouška je provedena příliš pozdě, naopak příliš časté zkoušky při malé výpovědischopnosti jsou příliš nákladné.

Obr. 4

V poslední době žádaný způsob diagnostiky on-line vybraných důležitých zařízení vyžaduje vyhledávání a posléze aplikaci zvláštních metod, které musí vyhovět zásadnímu požadavku – možnosti jejich aplikace při plném nepřerušovaném provozu diagnostikovaného zařízení, při dobré sledovatelnosti a posléze použitelnosti jejich výstupů.

Při projektování diagnostického systému je také nutné věnovat pozornost probíhajícímu toku informací (obr. 4). Jeho centrem je hodnoticí blok, zpracovávající informace diagnostického systému. Je řízen řídicím blokem, popř. prostřednictvím individuálních vstupů operátora, který řídí celý diagnostický proces. Kromě dat odpovídajících odezvám diagnostikovaného objektu vstupují do hodnoticího bloku i informace o parametrech objektu, včetně jejich tolerancí, které dodává jeho fyzikální model, jak je ukázáno dále. Řídicí blok ovládá také generátor testovacích signálů vysílaných do diagnostikovaného objektu. Tímto generátorem je při diagnostice on-line sám pracovní režim objektu.

3. Diagnostika off-line a on-line

Z hlediska vlastních diagnostických šetření existují dva zásadní způsoby: v závislosti na tom, zda je diagnostikovaný předmět mimo provoz – testovací diagnostika, nebo zda je v provozu – funkční diagnostika.

Pro obecný popis obou způsobů je nejprve nutné zavést přenosové funkce diagnostikovaného objektu, které vyjadřují závislost výstupních funkcí:

Y = (y1, y2, …, yn), realizovaných diagnostikovaným objektem na jeho vstupních proměnných U = (u1, u2, …, un) a vnitřních stavech X = (x1, x2, …, xn) v čase t.

Pro bezporuchový stav pak je:

Y = Y (U, Xp, t)          (1)

kde Xp je počáteční hodnota vnitřních proměnných – stavů.

Pro poruchový stav (i-tý poruchový stav) je:

Ypi = Yi (U, Xpi, t)          (2)

kde Xpi je vnitřní poruchový stav.

Stav diagnostikovaného objektu se zjišťuje kontrolami K = {k1, k2, …, kn}, při nichž působí vlivy kontrol – v dílčí kontrole kj vliv aj určený sestavou vstupních proměnných Uj v čase t s počáteční hodnotou Xp. Odezva diagnostikovaného objektu v této dílčí kontrole kj je charakterizována sestavou měřicích bodů {g}j a hodnotou – výsledkem dílčí kontroly, závisejícím na technickém stavu objektu – Rji. Výsledek dílčí kontroly, který je funkcí vlivu aj, lze obecně vyjádřit sledem {g}j rozměrných vektorů. Platí, že:

Rji = Yi (aj {g}j)          (3)

a potom je:

Rj = Y (kj) pro bezporuchový stav          (4)

Rji = Yi (kj) pro objekt v i-tém poruchovém stavu          (5)

3.1 Systém testovací diagnostiky
Systém testovací diagnostiky je zachycen na obr. 5. Algoritmus diagnózy je uložen v řídicím bloku diagnózy. Podle jeho příkazů generuje zdroj signálů signály dílčích kontrol ai a ve sledu, který odpovídá sledu algoritmu diagnózy, je předává přes vazební člen do objektu diagnózy, popř. také fyzikálnímu modelu diagnostikovaného objektu. Při kontrole správnosti objektu realizuje fyzikální model funkci podle rovnice (4). To znamená, že z něho vystupuje množina signálů {Rj}. Fyzikální model musí dále realizovat i poruchový výrok podle rovnice (5). V tomto případě fyzikální model opouští množina signálů {Rji}. Tyto informace fyzikálního modelu postupují do bloku vyhodnocení – zpracování výsledků diagnostického systému.

Obr. 5

Diagnostikovaný objekt reaguje na signály dílčích kontrol ai. Tyto skutečné výsledky dílčích kontrol {Rj+} postupují přes vazební člen do měřicího zařízení. Z výstupu tohoto zařízení (zpravidla v transformované podobě) odcházejí stejně jako výstupy fyzikálního modelu do vyhodnocovacího bloku.

Ve vyhodnocovacím bloku se porovnávají možné výsledky {Rj} a {Rji} se skutečnými výsledky {Rj+} dílčích kontrol. Na základě těchto porovnání se formulují výsledky diagnózy.

3.2 Systém funkční diagnostiky
Funkční (on-line) diagnostika probíhá za plného provozu diagnostikovaného objektu. Její schéma je zachyceno na obr. 6. Jak je z něho patrné, na vstup diagnostikovaného objektu přicházejí provozní signály aj. Do diagnostického systému jsou předávány jednak jako řídicí – signály yj a dále odezvy na pracovní signály diagnostikovaného objektu {Rj+}.

Blok zpracování výsledků – vyhodnocovací blok – porovnává výsledky {Rj+} dílčích kontrol s možnými výsledky {Rj} a {Rji}, které generuje fyzikální model. Výsledek diagnózy je opět formulován na základě těchto porovnání.

4. Vlastní diagnostická šetření

Při tvorbě diagnostického systému pro daný problém je prvotně nutné věnovat pozornost dalšímu klíčovému aspektu diagnostiky, kterým je taktika výběru jádra diagnostikovaného problému. Základem je vyhledávání klíčových míst, která jsou významná pro činnost a správnou funkci sledovaného objektu diagnostiky. Zde je třeba věnovat pozornost skutečně těm podsystémům či prvkům, které jsou nejcitlivější ohledně vzniku případné poruchy a jejichž možný výpadek by vážně ohrozil život či bezchybnou funkci diagnostikovaného objektu. Co se diagnostiky elektrických zařízení týče, je pozornost upřena na nejcitlivější podsystémy, kterými jsou jejich příslušné izolační systémy. Je nutné mít na zřeteli, že systém elektrického zařízení je chápán jako sériový spolehlivostní řetězec. Jeho nejcitlivějším článkem je právě zmíněný izolační systém. Je zřejmé, že zdrojem poruch mohou být i exponované mechanické prvky, např. ložiska. Postup diagnostiky je nutné volit tak, aby bylo získáno maximum informací právě o těchto vytipovaných klíčových prvcích či podsystémech.

Na již zmíněné hledisko úzce navazuje moment výpovědischopnosti vybraných metod, kde klíčový je strukturální přístup. Tak se pro zkoumání problematiky izolačních systémů jeví z hlediska studia vlastností optimální např. metody umožňující popis entalpie materiálů, neboť ty umožní přímý pohled na okamžitý stav materiálu. Je-li sledován vývoj této veličiny, lze získat dosti obsažné podklady pro požadované prognostické výroky.

Dále je třeba sledovat požadavek šetření on-line. Tato oblast, která je stále více žádoucí, je z hlediska vykonávání diagnostických šetření obzvláště náročná, neboť zde je možné použít jen některé metody. Celý systém musí být navíc spojen s přímým ukládáním dat. Tak se dostáváme k nejmodernějšímu způsobu, kterým je aplikace expertního systému [1], [2] s dalšími eventualitami v podobě využití fuzzy logiky, genetických algoritmů a neuronových sítí. Tento trend – přímé využití uvedených prostředků v diagnostice elektrických zařízení v praxi – si vyžádá ještě hodně úsilí. Kromě toho je třeba vzít v úvahu i to, že tato diagnostika pro svoji náročnost a tím i nákladnost může být aplikována tam, kde bude mít skutečné opodstatnění – to je u důležitých elektrických zařízení (např. turbo- či hydroalternátory klíčových elektráren, transformátory důležitých strategických rozvoden apod.).

5. Perspektivy elektrotechnologické diagnostiky

Není pochyb o tom, že význam diagnostiky elektrických zařízení stále roste. Zmiňme tedy také perspektivy elektrotechnologické diagnostiky. V současné době se jakost vyráběných zařízení stává prioritním programem – ve firmách je bezpodmínečnou nutností akceptování norem ISO řady 9000 a v přímé návaznosti i 14000. To naznačený trend potvrzuje.

V oblasti aplikovaných diagnostických metod roste význam strukturálního přístupu pro jeho nesporné přednosti. K nim patří větší výpovědischopnost i vydatnost získaných informací a menší rozptyl výsledků, který plyne přímo z principů metod. Cestou v této oblasti je aplikování metod nevyžadujících zvlášť nákladná zařízení. Pro příklad lze uvést termoanalytické metody (diferenční termická analýza – DTA, termomechanická analýza – TMA, termogravimetrie – TG). Tyto metody lze velmi dobře využít pro sledování technologické kázně výroby vysokonapěťových izolačních systémů, stupně vytvrzení reaktoplastických pryskyřic – pojiv elektroizolačních systémů, určení stupně degradace elektroizolačních systémů, sledování postupu termooxidace izolačních systémů, sledování vlivu katalyzátoru (druhu a množství) na vlastnosti syntetických pryskyřic, zefektivnění získávání křivek životnosti materiálů. To lze doložit mnoha příklady ze zkušeností našeho pracoviště [3], [4], [5]. Jako další metody strukturní analýzy použitelné v této oblasti lze uvést chromatografické metody, infračervenou spektrometrii i rentgenovou fluorescenční spektrometrii (XRF – X-Ray Fluorescence Spectrometry), neboť i s těmito metodami jsou již určité zkušenosti. Je ovšem nutné zdůraznit, že při navržení aplikace zmíněných metod je třeba vždy přihlédnout k zachování plné objektivity pohledu na diagnostikovaný objekt i zachování ekonomické vyváženosti řešení.

Současná diagnostika používá oba přístupy – testovací diagnostiku (off-line) i funkční diagnostiku (on-line). První způsob je vžitý, jsou s ním zkušenosti, jeho metody jsou ověřeny a instrumentální vybavení běžně dostupné. Používá se tedy častěji a v podstatě pro všechna zařízení bez ohledu na jejich výkon, velikost či cenu nebo důležitost. Druhý způsob se obvykle uplatňuje u zařízení velké důležitosti (použitelné metody mají některá omezení). Jeho aplikace je dražší i značně pracnější a mnohdy s ní nejsou žádné zkušenosti.

Při provozní diagnostice off-line izolačního systému transformátorů lze v podstatě využít metody měření izolačního odporu (s výpočtem polarizačního indexu), měření ztrátového činitele a kapacity (s výpočtem časové konstanty vinutí) a měření částečných výbojů zaznamenávaných metodami off-line. Jako doplňkové metody je možné zařadit zjištění poměru kapacit při frekvenci 2 a 50 Hz, dále popsané stanovení 2-furfuralu a příbuzných sloučenin v oleji, stanovení průměrného polarizačního stupně (PPS). Kromě uvedených metod lze ke kontrole celkového izolačního stavu použít metody pro stanovení kvality izolační tekutiny, a to zejména při: měření průrazného napětí, stanovení čísla kyselosti, měření ztrátového činitele, měření vnitřní rezistivity, zjišťování povrchového napětí olej-voda, zjišťování obsahu inhibitoru. Uvedené zkoušky olejů se dělají v laboratoři a při odběru vzorků se musí dodržovat stanovené předpisy, aby nebyly znehodnoceny vzorky, zejména vzdušnou vlhkostí.

V uvedené oblasti se jeví jako výborně výpovědischopná již zmíněná metoda stanovení furanových složek obsažených v oleji. Jedná se o perspektivní sledování vývoje vlastností pevné složky izolačního systému. Z ní však při provozu transformátoru nelze přímo odebrat experimentální vzorky. Ke zjištění jejího stavu – jedná se o materiály na bázi celulózy – se tedy používá nepřímá metoda. Vhodnou metodikou je zjišťování množství furanových sloučenin – štěpných produktů celulózy s odštěpeným atomem uhlíku – dobře rozpustných, a tím identifikovatelných v izolačních transformátorových olejích, kdy furanové složky, zvláště furfural a hydroxymethyl-furfural jsou indikátory stupně stárnutí papíru. Nejvíce výpovědischopným parametrem při posuzování stárnutí izolačních systémů transformátorů je stupeň polymerizace celulózového papíru v transformátorech za provozních podmínek. Jeho úroveň je možné dobře zjistit z transformátorového oleje metodou vysoce účinné kapalinové chromatografie – HPLC (High Performance Liquid Chromatography).

Pro provozní diagnostiku on-line transformátorů lze použít tyto metody: měření a sledování provozních veličin (napětí, proudy, atmosférická i provozní přepětí, tepelné namáhání – rozložení teplot a hledání nejteplejšího místa transformátoru), sledování vývoje vzniku plynů při provozu (čidla pro určování plynů rozpuštěných v izolační tekutině), snímání výbojové činnosti (akustická sonda, elektrické metody), sledování přítomnosti vlhkosti v kapalném médiu speciálními senzory.

Pro velké točivé elektrické stroje se v současné době používají jednak standardní metody pro jejich diagnostiku off-line – zkoušky přiloženým napětím (střídavým, stejnosměrným i velmi nízkého kmitočtu), měření zdánlivého izolačního odporu a stanovení časové konstanty izolace, měření kapacity a ztrátového činitele, měření výbojové činnosti (globální metodou, diferenciální a indukčně vázanou elektromagnetickou sondou) a zjišťování rezonanční frekvence mechanických soustav. Jako perspektivní se zde pro diagnostiku on-line jeví sledování těchto ukazatelů: snímání a rozbor parametrů stroje (napětí, proud, kmitočet, výkon a jejich odchylky od normálního stavu), měření vibrací, upozorňující na základě analýz na odchylky od normálního stavu, na jejich velikost, měření hladiny akustického výkonu (hluku), ukazující na nevyváženosti a stupeň kvality mechanického chodu stroje, rozbor tepelného režimu strojů (snímání teploty na vybraných místech), analýza chladicího média (koncentrace ozonu ve stroji, rozbor produktů degradace), analýza výbojové činnosti měřené vhodnými metodami (např. akustickou sondou). Ozon v chladicím vzduchu – jeho absolutní koncentraci či nárůst jeho množství ve velmi krátkých, krátkých či dlouhých intervalech lze v současné době detekovat dvěma metodami – kolorimetrickou a fotometrickou. Pro stroje chlazené vodíkem je možné aplikovat vymrazení příměsí odpovídajících degradačním produktům a jejich následný chromatografický rozbor po ohřátí na běžnou teplotu. Jako další, doplňkové metody lze akceptovat např. i analýzu rozptylového magnetického pole stroje, termovizní záznam povrchu stroje s jeho příslušnou analýzou.

6. Závěr

Pro celou oblast diagnostiky, a tedy i pro její aplikace v elektrotechnice platí, že jde o velmi rozsáhlou a komplexní disciplínu. Ta zahrnuje poznatky z mnoha oborů procházející neustálým vývojem, který je obrazem dynamičnosti a modernosti jejích nosných myšlenek. Tím se elektrotechnologická diagnostika v pojetí, které bylo představeno v předcházejícím textu, stává nositelkou pokroku v současném elektrotechnickém průmyslu.

Literatura:

[1] MENTLÍK, V.: Trend současné diagnostiky – použití expertních systémů v této oblasti. In: Diagnostika 95, Plzeň, 1995, s. 26.

[2] MENTLÍK, V.: Změna aktivační energie izolantu jako ukazatel jeho degradace. In: Stárnutí izolací vn strojů a zařízení. TU, Košice, 1978, s.16.

[3] MENTLÍK, V.: Možnosti diagnostiky vn izolačních systémů točivých elektrických strojů. In: Vědecká konference EF VŠT Diagnostika vn zařízení. 1. Košice, 1981, s. 81.

[4] MENTLÍK, V.: DTA Possibilities in Controlling the Curing Debre of Epoxide – Bouded Insulation. In: Enviroeffect. 7. Liblice, 1984.

[5] MENTLÍK, V.: Macromolecular Substance Enthalpy by the sign of their Quality. In: ETPC. 10. Řím, 1986.

[6] MENTLÍK, V. – BRÁZDIL, J. – ZÁLIŠ, K.: Diagnostické metody pro expertní systém. [Výzkumná zpráva OČ-30.] Orgrez, Praha, 1994.

[7] MENTLÍK, V. – KUČEROVÁ, E.: Aspects of verification pulse stress of insulation of electrical machines. In: ICEI 2002, Sankt-Peterburg: State Sankt-Peterburg University of Technology, 2002, n. 309–310.

[8] MENTLÍK, V.: Elektrotechnologická diagnostika. In: Perspektivy současné elektrotechnologie. Plzeň, 1999.

[9] MENTLÍK, V.: Insulating system of new generation. In: 2nd International Conference on Dielectric and Insulation, 2, ISBN 80-88922-14-3, Košice, 2000, p. 61.

[10] MENTLÍK, V.: The aspects and perspective views of the diagnostics of electric devices. In: Scientific Colloquium on High Voltage Engineering, ISBN 80-89061-54-0, Košice: Slovak Electrotechnic Society, 2002, p. 25–29.