Команда ученых ЮУрГУ работает над созданием принципиально нового диагностического прибора — электровизора. Устройство, аналогов которому пока нет на рынке, позволит в буквальном смысле «видеть» картину электрического поля промышленной частоты на экране планшета или ноутбука. Новая технология позволит выявлять скрытые дефекты изоляции задолго до того, как они проявят себя нагревом или аварией.
Традиционные средства диагностики – мультиметры, токоизмерительные клещи или популярные сейчас тепловизоры – фиксируют лишь последствия неисправности. Законы Ома и Кирхгофа, лежащие в основе работы классических приборов, не могут описать сложную картину распределения электрического поля вокруг дефектного изолятора. Тепловизор же реагирует на нагрев, который обладает большой тепловой инерцией и сильно зависит от погоды (дождя, ветра, солнца). Электровизор, напротив, должен визуализировать первопричину — искажения электрического поля.
«Это аналог тепловизионной камеры, но «заточенный» под восприятие поля промышленной частоты. Однако есть нюанс: в отличие от света или инфракрасного излучения, законы геометрической оптики здесь не работают. Нельзя просто навести объектив и получить готовую картинку. Выход может быть найден в использовании физически-информированных нейронных сетей. Принцип работы будущего прибора будет строиться на точечных измерениях потенциала в ограниченном числе точек вокруг объекта (например, с помощью датчика на изолирующей штанге). На основании этих данных искусственный интеллект математически реконструирует полную и наглядную картину поля на экране оператора, – поясняет автор разработки, доцент кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения», канд. техн. наук Петр Лонзингер, –
«Мы считаем, что современные нейросети позволят предугадывать реально существующую картину поля по ограниченному числу измерений. Проводить замеры в сотне точек неудобно и трудозатратно, математика и ИИ должны решить эту проблему», — отмечает в описании проекта Петр Владимирович.
Наиболее эффективным применение электровизора видится для диагностики внешней высоковольтной изоляции: гирлянд изоляторов ЛЭП, вводов трансформаторов и выключателей. Прибор сможет находить дефекты на ранней стадии, включая:
- перекрытие одного из изоляторов в гирлянде;
- развитие микротрещин (триингов) в полимерной изоляции;
- области возникновения коронных и частичных разрядов.
Примечательно, что диагностика возможна без снятия напряжения, что крайне важно для непрерывных производственных циклов. Безопасность оператора планируется обеспечить за счет размещения датчика на изолирующей штанге и применения оптической развязки измерительных цепей.
Рисунок 1. Результат моделирования картины электрического поля промышленной частоты вдоль гирлянды изолятора (нижний изолятор перекрыт)
Для низковольтного оборудования (до 1000 В) электровизор пока считается малоэффективным из-за слабого поля и высокого уровня помех. Также прибор не заменит тепловизор полностью — он не увидит плохо затянутый болтовой контакт там, где нет искажений поля, но есть нагрев.
На данный момент электровизор существует только в виде научного проекта и математических моделей. До появления готового эргономичного прибора, по оценкам разработчиков, пройдет еще от 2 до 5 лет. Сначала необходимо решить фундаментальную задачу достоверной реконструкции поля без избыточного числа измерений. Однако потенциальный интерес со стороны сетевых компаний (ПАО «Россети») и главных энергетиков крупных предприятий нефтегазовой промышленности и металлургии есть.
Внедрение такой технологии станет еще одним шагом к переходу от планово-предупредительных ремонтов к более экономичному и надежному ремонту «по фактическому состоянию».
Проект реализуется в рамках Грантовой программы В.Б. Христенко «Шаг в будущее». Это программа ежегодной финансовой поддержки программы развития Университета в рамках «Приоритет-2030». Гранты предоставляются на проведение перспективных исследований, формирование кадрового резерва и реализацию уникальных образовательных программ (компонентов), определяющих вектор развития ЮУрГУ и Челябинской области