Áramellátó kábelek terhelés alatti diagnosztikai vizsgálata
K Kéésszzíítteettttee:: D Drr.. N Naaggyy V Viinnccee PPhh..D D..,, kkaannddiiddááttuuss ,, eeggyyeetteem mii ddoocceennss,, ttaannsszzéékkvveezzeettőő D Drr.. L Laakkaattooss IIssttvváánn PPhh..D D..,, eeggyyeetteem mii ddoocceennss L Leekkttoorráállttaa:: D Drr.. H Hoorrvváátthh B Baalláázzss PPhh..D D.. ,, eeggyyeetteem mii ddoocceennss,, ttaannsszzéékkvveezzeettőő G Gyyőőrr,, 22001122..
Bevezetés
1.
A közösségi közlekedés vonalhálózatán üzemelő villamos hajtású járművek energiaellátását az áramátalakítók és az egyes táplálási szakaszok betáplálási pontjai között kiépített erősáramú kábelhálózat biztosítja. A kábelek nagykeresztmetszetűek, általában párhuzamosan kapcsoltak. A kábelek
az
áramátalakítók
egyenáramú
berendezéseiben
csavarkötéssel
csatlakoznak
a
gyüjtősínekhez. A vonali kitáplálásoknál a kábelvégek szintén csavarkötéssel csatlakoznak a csatlakozószekrények gyűjtősíneihez. A gyűjtősínekről kábelen keresztül tápláljuk meg az un. harmadik sínt /Metró/ ill. a felsővezeték
/tápvezeték/ táppontjait. Az áram-visszavezetés
kötöttpályás, vaskerekes járműveknél /metró, villamos, HÉV/ a futósínekről ill. a szívópontokról, trolinál a negatív felsővezetékről szintén csatlakozószekrényeken keresztül, kábelekkel biztosított. A fenti hálózatokban telepített csatlakozószekrények, kábelkötések száma – a táplálási szakaszok számához hasonlóan – igen magas. A kötések a használat során jelentős mértékű, a mindenkori terhelésnek /forgalmi viszonyoknak/ megfelelő, változó elektrodinamikus és termikus igénybevételnek vannak kitéve. Az igénybevétel során változik a csatlakozások villamos minősége /átmeneti ellenállása/.
A változás iránya
alapvetően növekvő melegedést jelent, ezért szükséges és elengedhetetlen azok rendszeres időközönként történő felülvizsgálata. Ezek a vizsgálatok a jelenlegi gyakorlat szerint hagyományos eszközökkel csak üzemen kívül, feszültségmentes állapotban végezhetők. A tananyagban olyan vizsgálati módszert/eljárást mutatunk be, amely a kötések állapotának megbízható diagnosztizálását terhelés alatt, a rendszer üzemi állapotában biztosítja. A módszerrel kapcsolatos főbb elvárások:
legyen pontos kép a kötések műszaki állapotáról
a vizsgálatok üzemközbeni, terhelés alatti elvégezhetősége
a karbantartási, javítási munka tervezhetőségének javítása
az elvégzett beavatkozások ellenőrizhetősége
a fenntartási költségek csökkentése
az üzembiztonság növelése
a munkavégzés ISO szabványok szerinti minőségbiztosításának elősegítése
2
Diagnosztikai/mérési módszer és eljárás áramellátási kábelrendszerek terhelés alatti, megbontás nélküli vizsgálatára
2.
A villamos berendezések, vezetékek és kötések a rajtuk átfolyó áram hatására melegszenek. A melegedés mértéke arányos az áramvezető elemek ellenállásával, tehát az alkatrészek melegedésének vizsgálatával közvetlen képet kaphatunk azok ellenállásáról, pillanatnyi terheléséről, ismételt mérések során annak változásáról. Egy adott eszköz felületének hőmérséklet eloszlása tehát alapvető információkat szolgáltat az adott eszköz műszaki állapotáról, terhelési, üzemi viszonyairól. A tárgyak felületi hőmérséklet eloszlásának leírását termográfiának nevezzük.
2.1
A termográfia elméleti alapjai
A termográfia azt a fizikai jelenséget használja fel, hogy a testek az abszolút 0 Kº feletti hőmérsékleten (- 273 ºC) elektromágneses sugárzást bocsátanak ki. A kibocsátott elektromágneses sugárzás hullámhossz /frekvencia/ szerinti spektruma a 2.1.1. ábrán látható.
2.1.1. ábra Az elektromágneses sugárzás sprektuma
A kibocsátott elektromágneses sugárzás sprektuma tartalmazza a gamma-, és röntgensugárzást, a nem látható és látható fénykibocsátást, rádióhullámokat.
3
Az infravörös sugárzás tartományán (760 nm – 1 mm közötti hullámhossz) belül hőmérsékletmérés szempontjából a 0,8 µm – 20 µm közötti sáv a mérvadó. Ez a sáv a következő részekre tagolható:
0,8 µm – 2 µm között ultrarövidhullámú infravörös sugárzás
2 µm – 6 µm között rövidhullámú infravörös sugárzás
6 µm - 20 µm között hosszúhullámú infravörös sugárzás tartománya
A gyakorlatban leginkább elterjedt hőkamerák a rövid- ill. hosszúhullámú tartományban dolgoznak. A testek hőmérsékleti sugárzása az atomok és molekulák rezgő ill. forgó mozgásának közvetlen következménye. A testek felületén kilépő sugárzás erősségét azonban különböző tényezők, mint pl. a vizsgált test felületének típusa, minősége, alakja, stb. Abból a célból, hogy a mérési eredményeket függetleníteni lehessen a testek anyagától, felületi minőségétől, stb. bevezették az abszulút fekete test fogalmát. Az abszolút fekete test sugárzásának általános törvényét M.Planck fogalmazta meg 1900-ban. Ez volt a kvantumelmélet kiindulópontja. A gyakorlatban minden test felületi sugárzása egy adott hőmérsékleti tartományban többé – kevésbé különbözik az abszolút fekete test sugárzásától. Az abszolút fekete test és a reális testek sugárzásának összemérhetősége céljából bevezették a relatív emissziós tényező vagy feketeségi fok fogalmát, azaz egy olyan mennyiséget, amely meghatározza, hogy a valóságos test mennyivel kisebb sugárzást bocsát ki egy adott hőmérsékleten. A relatív emissziós tényező (feketeségi fok) elterjedt jelölése: ε Az emissziós tényező (ε)
test anyagától, hőmérsékletétől, a sugárzás
hullámhosszától, a felület minőségétől (polírozott, matt). A feketeségi fok a polírozott fémfelületre vonatkozó 0,02-től az emberi bőr 0,98 értékéig változik.
4
Bonyolítja a helyzetet, hogy egyes testek az abszolút fekete testtől eltérően a hullámhossz függvényében változó ε-nal leírható módon, szelektíven sugároznak. Néhány anyag jellemző emissziós tényezőjét a 2.1.2 táblázat mutatja.
Emissziós tényező (ε)
Anyag
1 µm
1,6 µm
8-14 µm
0,1-0,2
0,02-0,2
0,4
0,4
0,2-0,4
0,4
0,3 0,1-0,3
Aluminium Oxidálatlan Oxidált Oxidált ötvözet Durvított
0,2-0,8
0,2-0,6
Polírozott
0,1-0,2
0,02-0,1
0,02-0,08
0,01-0,05
0,6
0,6
Sárgaréz Polírozott Oxidált
0,6-0,7
Vörösréz Polírozott
0,03
Oxidált
0,2-0,8
kapocslécek
0,2-0,9
0,4-0,8 0,6
Megjegyzés: Az adatok 20-50 ºC hőmérsékletre vonatkoznak 2.1.2 táblázat Emissziós tényező tájékoztató értékei
5
2.2
Termovíziós készülékek /hőkamerák/
A hőkamerák (pontatlanabbul fogalmazva termovíziók) a testek által kibocsátott sugárzás felületi eloszlását jelenítik meg kétdimenziós leképezéssel, un. termogrammok formájában. A hőkamerák működési elvük szerint lehetnek
Letapogató /szkennelő/
Mátrixos rendszerűek.
A letapogató /szkennelő/ hőkamerák elvi felépítését a 2.2.1 ábra mutatja.
2.2.1 ábra A letapogató (szkenner) hőkamera elvi sugármenete (1 – detektor, 2 és 5 – objektív, 3 – vízszintes eltérítő tükör, 4- függőleges eltérítő tükör, 6 – tárgy, 7 – mérésfelület)
6
A letapogató /szkennelő/ kamerák egy infrasugárzást érzékelő elemet /detektort/ használnak. A detektor anyaga általában InSb. A detektort gyakran un. Dewar palackban helyezik el, melyet az érzékelő elem termikus stabilitása érdekében folyékony nitrogénnel töltenek fel. A folyékony nitrogén alkalmazása miatt a kezelés bonyolultabbá válik, az üzemidő korlátozott. Az alkalmazott mechanikus képalkotó rendszer forgó tükrökből áll /Nipkow kamera elve/, ezért a képváltás sebessége korlátozott. /ált. 25 kép/sec/. A speciális optikák cserélhetőek. A rendszer alapvető előnye, hogy az érzékelés minden egyes képpontnál azonos – precízen beállított és korrigált – detektorral történik. Így a hőkép minden egyes pontjánál tökéletesen egyforma feltételekkel jönnek létre a későbben kiértékelendő villamos adatok, igen jó homogenitás érhető el, vagyis az egyforma sugárzást kibocsátó pontok leképezése között igen kicsi vagy nincs is eltérés. Ilyen elven működik pl. az AGA 782 tip. készülék. Mátrixdetektoros hőkamerák elvi felépítése a 2.2.2 ábrán látható.
2.2.2 ábra Mátrixdetektoros hőkamera elvi sugármenete ( 1 - detektor, 2 - objektív, 3 - tárgy)
7
A mátrixdetektoros kamerák felépítése rendkívül egyszerű, mozgó elemeket nem tartalmaz. Első közelítésben meglehetős hasonlóságot mutat a napjainkban igen elterjedt digitális kamerákkal. Az ilyen elven működő kamerák lényegesen kisebbek, könnyebbek /és olcsóbbak/ a letapogató rendszerű kameráknál. Kezelésük hasonlóan egyszerű, mint a digitális fényképezőgépeké. /Ez néhány esetben megtévesztő is lehet!/ A mátrixdetektoros kamerák érzékelőelemén elhelyezkedő elemek, vagyis a képpontok száma a digitális fényképezőgépekkel összehasonlítva nagyságrendekkel kisebb /60 –160000, míg a digitális fényképezőgépeknél 3-8 millió/. A geometriai felbontás jellemzője az IFOV paraméter. Ez azt a látószöget adja meg, amely egy különálló érzékelővel kerül leképezésre. Minél kisebb ez az érték, annál jobb lesz a kép felbontása. Az optika cseréjével, vagy a képfeldolgozó rendszerek elektronikai zoomjával az eredeti képpont nagyságának megtartása mellett képnagyítás is lehetséges. A jelenlegi hőkamerák optikai felbontása - elérhető áron – max. 480x640. Az egyes képpontokhoz érzékelőelemek bár egyformák, átviteli görbéik mégsem azonosak. Ezért bonyolult kiegyenlítő szoftverre van szükség, hasonlóan a hőmérsékletkompenzációhoz. Különösen akkor, ha a mérendő hőmérséklettartomány a szobahőmérséklet közelében, vagy az alatt van, a képminőséget a hőmérsékletfelbontás határozza meg. Ennek mérőszáma a NETD, amely a hőmérsékletváltozási zaj egyenértékét jelenti, vagyis a hőkamera saját zaját viszonyítja a mérendő tárgy hőmérsékletkülönbségéhez. Minél kisebb ez az érték, a kép zajossága annál csekélyebb lesz. A NETD értéke értelemszerűen befolyásolható a választott /beállított/ hőmérséklettartománytól, elfogadható értéknek vehetjük a kijelzett hőmérséklet intervallum 0,01-szeresét. /Pl. 10 ºC tartománynál 0.1 ºC-t/ A mátrixrendszerű kamerák felvételkészítési frekvenciája széles sávon mozog, így lehetőség nyílik tranziens folyamatok vagy/és mozgó tárgyak hőfényképezésére.
8
Az adott kutatási terület sajátosságait figyelembevéve, a kereskedelemben kapható hőkamerák jellemző paraméterei közül néhányat a következőkben felsorolunk ill., értelmezünk. Ezen összeállítás – véleményünk szerint – segítséget adhat a célnak leginkább megfelelő hőkamera kiválasztására.
Hullámhossz tartomány
A készülék hosszúhullámú legyen! ( 7 – 14 µm). A gyakorlatban előforduló alacsony hőmérsékletek mérésére a rövidhullámú készülékek nem alkalmasak
Hőmérséklet mérési tartománya
A hőmérséklet mérési tartománya -10 – 300 ºC sávot tartalmazza Az alacsonyabb méréstartományú készülékek érzékenyebbek és zajszegényebbek is, vagyis javul a képminőség
Termikus felbontás /NETD/
Általában <200 mK Nagyobb felbontás (
élesebb,
tisztább
a
kép,
a
tárgyak
Optikai jellemzők
Minél kisebb az elemi képpontméret (<2mrad), annál kisebb részletek mérhetők és felismerhetők. A készülékek optikai felbontása objektívfüggő. Bizonyos mérési helyzetekben hasznos lehet az optika cserélhetősége.
Képrögzítési frekvencia
Mozgó járműről történő mérés (pl. felsővezeték vizsgálata) korlátozza a járműsebességet
Képrögzítési kapacitás
Két kiolvasás közt (mérési ciklusonként) minimum 50.
A készülékekben lévő akkumulátorok kapacitása kb. 3 órányi üzemet biztosít Megjegyzés: fentiekben leírtak tájékoztató jellegűek a teljességre törekvés igénye nélkül! 9
2.3
A felvételkészítés gyakorlata
A 2.3.1 ábrán a hőkamerás mérés jellegzetes elvi elrendezését láthatjuk.
2.3.1 ábra Infravörös távhőmérési illetve termográfiai méréselrendezés Az infravörös termográfiai mérés elrendezésének vizsgálata során foglalkoznunk kell az alábbiakkal:
Hőkamera elhelyezése, beállítása
A hőkamera és a mérendő tárgy közötti közeg szerepe
Zavaró sugárzás
10
A hőkamera elhelyezése, beállítása A hőkamera működési elvét tekintve tulajdonképpen optikai eszköz, a mérés során ezért úgy kell elhelyezni, hogy „lássa” a mérendő tárgyat. Egy hőkamera látómezejének kialakítása a 2.3.2. ábrán látható.
(„S” a mért kör átmérője) 2.3.2 ábra Hőkamera látómezeje A kamera az ábrán zöld színnel jelölt területet látja. Ez jelenik meg a kijelzőn is. A kamera azonban csak a mért körön belüli pontokat értékeli ki, és csak ezek mért hőmérsékleti értékének átlagát jeleníti meg. A mért folt aktuális átmérőjét a hőkamera optikai rendszerére jellemző szám (D/S arány) segítségével lehet meghatározni. A legkisebb mérési folt eléréséhez a hőkamera optikáját megfelelően fókuszálni kell a mért tárgyra. (A kijelzőn ebben az esetben jelenik meg a legélesebb kép).
11
A mérési folt helyének kiválasztását egyes hőkamerákon lézersugár is segíti. A hőkamera beállításának következő lépése a mérési tartomány, vagyis a szint /level/ beállítása. Némely kamera ezt automatikusan elvégzi. A mérési szint /level/ helyes beállítása estén a szint a látómezőben lévő képpontok mért értékeinek közepén van, ilyenkor a megjelenített képen fekete részek nincsenek. A színes kijelzők egyes hőmérsékleti értékhez tartozó színe a szint változtatásával megváltozik. A hőkamerákat diagnosztikai méréseknél általában kézben tartva használjuk. A mérés során figyelni kell arra, hogy a mérendő tárgy és a kamera érzékelőjének /objektívjának/ síkja lehetőleg párhuzamos legyen. Mozgó tárgy esetén célszerű, hogy az objektív tengelye a mozgás irányával minél kisebb szöget zárjon be. Kvantitatív méréseknél, ahol a célterület tényleges hőmérsékletére vagyunk kíváncsiak, a mérés megkezdése előtt szükséges beállítani az emissziós tényező (ε) értékét. Tekintettel arra, hogy az emissziós tényező értéke a mérendő tárgyak anyagától igen jelentős mértékben függ, ez jelenti a hőkamera beállításának alapvető problémáját. Többféle, gyakorlatban használható módszer van ennek a problémának megoldására. Így pl.:
A hőkamera kezelési utasításához adott táblázatból /vagy más irodalomból/ megkeressük az ε értékét.
12
Tapintóhőmérővel megmérjük a tárgy egy pontjának hőmérsékletét, majd a hőkamerát úgy állítjuk be, hogy az adott pontra ugyanezt az értéket mutassa
Egy adott méréssorozathoz ill. mérendő tárgyhoz próbatestek segítségével határozzuk meg ε értékét.
Irodalmi adatok szerint az emissziós tényező hibás beállítása jelen kutatás tárgyánál 510% hibát okozhat.
Amennyiben mérésünk a mérendő tárgy felületi hőmérséklet-eloszlásának kvalitatív, tehát minőségi ellenőrzésére irányul, az emissziós tényező pontos beállítása a mérés szempontjából elhanyagolható.
Megjegyzés: A diagnosztikai célú mérések többsége ilyen!
13
A hőkamera és a mérendő tárgy közötti közeg szerepe Az infravörös termográfia érintés nélküli mérési módszer, azaz a mérés alapját képező infravörös sugárzásnak át kall haladni a mérendő tárgy és a hőkamera között lévő közegen. A közeg infravörös tartományban tanúsított viselkedése természetesen befolyásolja a mérés eredményét. Általában ez a közeg levegő, de más anyagok pl. üveg is előfodulhat. A levegő esetében az infravörös sugárzás átvitelére a benne lévő szennyező anyagok, így a vízpára, széndioxid és a lebegő por van hatással. A levegő átviteli tulajdonságai nagymértékben függenek a sugárzás hullámhosszától. Az általában alkalmazott hosszúhullámú tartományban /8 – 14 µm / un. atmoszférikus ablak található, ahol az átvitel nagyobb távolságokra is közel tökéletes, veszteségmentes. Más a helyzet a vízpára és a lebegő por esetében, ezért esős, ködös, párás levegőben, erősen poros környezetben nem célszerű méréseket végezni. Megjegyzés: a közeg szerepe kis mérési távolságoknál /<5m/ elhanyagolható.
Zavaró sugárzás A hőkamera tulajdonképpen az objektívján keresztül az érzékelő/k/re jutó infravörös sugárzást méri, függetlenül azok eredetétől. (lásd 3.2.1. ábra) A mérendő tárgy felületén kívüli, kamerába jutó sugárzás mérési hibát okoz! A zavaró sugárzás oka lehet: A mérendő tárgy háttérsugárzása /transzmisszió/ Visszavert sugárzás /reflexió/
14
A háttérsugárzás hatásának csökkentése lehetséges pl. a hőkamera megfelelő elhelyezésével. /2.3.3. ábra/
2.3.3. ábra Hőkamera elhelyezése a zavarhatás csökkentésére Látható az ábrán, hogy a kamera legkedvezőbb elhelyezése az, amikor a mérendő tárgy az egész látófelületet kitölti. A mérendő tárgyon átengedett nem a mérendő tárgytól eredő sugárzás kompenzálása egyes esetekben nem lehetséges. Ilyen pl. a kamerába jutó napsugárzás, de ilyen a villamos felsővezeték mögött lévő épületek hősugárzása is. Célszerű ezért a méréseket napkelte előtt, vagy napnyugta után végezni. Külön kell szólni a visszavert /reflexiós/ sugárzásokról. A hőkamerák termikus érzékenysége igen magas, ezért érzékelik és megjelenítik az olyan mértékű, a mérést végző személytől eredő sugárzást is, mint pl. egy égő cigaretta.
15
Ezért a felvételek készítésénél különös gonddal kell eljárni.
2.4
A felvételkészítés jellemző hibái
Az érintésmentes hőmérsékletmérés, az infratermogrammok felvétele során betartandó szabályokat az előző fejezetben már részben elemeztük. Ezek a legjellemzőbb hibaokok, nevezetesen:
A hőkamera hibás elhelyezése a mérés során
A hőkamera hibás beállítása (optikai élesség beállítása, mérési tartomány kiválasztása, stb.)
Hősugárzás visszaverődése a mérendő tárgyról.
A mérendő tárgy és környezetének előzetes felmérésével, a felvétel irányának megváltoztatásával korrigálható. Bizonyos esetekben a mérendő tárgy kialakítása pl. az egyenirányító szekrények diódasora előtt lévő RC elemek, vagy pl. a felsővezeték mögött lévő épületek hősugárzása lehetetlenné teheti a mérés elvégzését.
Jelveszteség az átviteli szakaszon.
A tárgytávolság az adott diagnosztikai méréseknél nem jelentős, általában csak pár méter (felsővezeték mérésénél is <10 m-nél), az alkalmazott hőkamerák hosszúhullámúak, ezért elsősorban a párás, vizes esetleg erősen poros levező okozhat gondot
Kvantitatív méréseknél az emissziós tényező beállítása.
Amennyiben a mérés során beállított emissziós tényező (ε) nem egyezik meg a mérendő tárgy felületének valós emissziós tényezőjével a mérési eredmények hibája akár 8-10 % is lehet. Egyes hőkamerákhoz tartozó kiértékelő szoftverek lehetővé teszik ε értékének utólagos módosítását a mérés kiértékelése során.
Hősugárzás átbocsátása a tárgy hátteréből
Ez a hiba akkor jelentkezik, ha a mérendő tárgy az infravörös sugárzás szempontjából részben áttetsző (pl. fűtőtest az épület fala mögött), vagy a mérendő tárgy háttere jelentősen melegebb a mérendő tárgynál. Ilyen lehet pl. a napsugárzás hatására erősen felmelegedett szekrény. Az üvegfelületek általában elnyelik az infravörös sugárzást, ezért üvegen keresztüli mérés a legtöbbször eleve hibás!
A hőkamerát kezelő személy felkészületlensége, rutintalansága
A korszerű hőkamerák kezelése nem igényel a széles körben elterjedt digitális fényképezőgépeknél nagyobb felkészülést. „Gombnyomásra” bárki könnyen előállíthat 16
„színes képeket”. Könnyen lehet azonban, hogy ezek a „színes képek” nem vagy csak részben szolgáltatnak valódi információt a mért tárgyról. Az előzőek alapján nyilvánvaló, hogy a hőkamera kezelése csak része (méghozzá nem is túlnyomó része) a termogram készítésének. Körültekintést, felkészülést igényel a felvétel körülményeinek és nem utolsósorban a mérendő tárgy sajátosságainak megfelelő ismerete is.
17
2.5
A felvételek (termogrammok) kiértékelése
A hőkamerák alapvetően mérésadatgyűjtőként funkcionálnak, vagyis a mérőfelület képpontjainak mért adatait rögzítik. Ez az adathalmaz közvetlenül csak „alapanyagként” használható fel. Ahhoz hogy a gyakorlatban értékelhető információkat kapjunk, az adathalmazt kezelni, kiértékelni szükséges. A kiértékelést részben a hőkamerákba épített szoftverek segítségével maguk a kamerák elvégzik on-line, akár valós idejű feldolgozás során, míg az eltárolt (adott esetben bizonyos fokig feldolgozott) termogrammok a méréstől függetlenül PC-n más szempontok szerint is kezelhetők. 2.5.1
Azonnali (helyszíni, on-line) kiértékelés
A hőkamerákba beépített adatfeldolgozó szoftverek mindegyike képes bizonyos azonnali adatfeldolgozásra. Így pl. a mérési tartományon belül az azonos értékeket egy meghatározott színnel megjeleníti a kijelzőn. A hőkamerákba épített szoftverek ezen felül, természetesen más szempontok szerinti kiértékelést is végeznek, a kiértékelt adatokat folyamatosan megjelenítik. Az egyes hőkamerákba beépített szoftverek szolgáltatása gyártóktól függően változhatnak. A leggyakrabban meglévő funkciók a következők:
Hőmérséklet skála
Képpont hőmérsékletének kijelzése
Kurzoros képpont hőmérséklet kijelzése
Minimum – maximum értékek kijelzése
18
Többpontos hőmérséklet kijelzés
Több hőmérséklet színskála megjelenítése
Izotermák kijelzése
Beállítási adatok (pl. ε, felvételkészítés ideje stb.) megjelenítése
Mérési tartomány kijelzése, változtatása
Felvételek eltárolása grafikus fájlként
Eltárolt felvételek (képgaléria) megjelenítése
Különbségképző felvételek megjelenítése (előző felvétellel való összehasonlítás) stb.
A fenti funkciók megléte befolyásolja az adott hőkamera felhasználhatóságát ill. felhasználási módját diagnosztikai célokra. A megfelelően kiválasztott funkció lényegesen egyszerűsítheti a munkát. Például, ha egy berendezésnél meghatározható egyértelműen a hibás állapotot jelentő hőmérséklet (pl. 50 ºC) ellenőrző mérésekkor nem is szükséges a teljes kép utólagos kiértékelése, a kamera a beállított érték túllépésekor automatikusan riasztást ad. Lehetséges az is, hogy a kamera csak ebben az esetben tárolja el a képet.
2.5.2
Eszközök a termogrammok utólagos kiértékeléséhez
A diagnosztikai célú mérési, kiértékelési folyamat főbb lépései a következők:
Digitális termogrammok (felvételek) begyűjtése
Hőkép-optimazilás, - korrekció, hőmérsékletszámítás
A termogrammok tartalmának diagnosztikai kiértékelése, a szükséges tennivalók kijelölése
A következő vizsgálat idejének meghatározása
A mérés ill. elemzés eredményeinek, megállapításainak megfelelő dokumentálása
19
A termográfiai adatok valójában nem a megszokott képfájlok, még akkor sem, ha valamilyen World formátumban jelennek meg. A termogrammok képpontjai, pontosabban mérőpontjai valamilyen formában tömörítve tartalmazzák a mérőponthoz tartozó sugárzás-intenzitási és más adatokat is, ezért az elterjedt grafikus kezelőprogramokkal nem kompaktibilisok. A mérőpontok hőmérsékleti adatai csak megfelelő termográfiai szoftverrel számíthatók, melyhez szükséges a hőkamera leképezési specifikációjának ismerete. Ezek a szoftverek a kamerák gyártóinál találhatók, általában gyártmányspecifikusak. A piacon kaphatók ma már különféle konvertáló programok is, amelyeknek segítségével a termogrammok kezelhetőké válnak a szokványos grafikai képszerkesztő programokkal, de ebben az esetben az újbóli kiértékelés már nem lehetséges.
20
Diagnosztikai vizsgálati eljárás és dokumentációs rendszer (esettanulmány)
3.
Az áramellátási kábelrendszerek terhelés alatti, megbontás nélküli vizsgálatára az előzőekben leírtak alapján az infravörös termográfián alapuló diagnosztikai vizsgálati eljárást és a mérési eredmények könnyű, áttekinthető kezelésére alkalmas dokumentációs rendszert egy közlekedési vállalt alkalmazási példáján mutatjuk be, az alábbi szempontok alapján:
A vizsgálati helyek felmérése
Kísérleti mérések
Vizsgálati módszer és eljárás kialakítása
Üzemi ellenőrzési technológia
Dokumentációs rendszer
3.1
A vizsgálati helyek felmérése
Az infravörös termográfiai diagnosztikai vizsgálati eljárás és módszer villamos vonalhálózaton történő alkalmazhatóságának vizsgálata során ki kell jelölni azokat az alkalmazási területeket, mérési helyeket, amelyek a kijelölt feladat szempontjából jól reprezentálják az alkalmazási terület, valamint jó lehetőséget adnak a kísérleti mérések elvégzéséhez. Szakmai területenként csoportosítva ezek az alábbiak voltak:
3.1.1
Villamos
Pozitív és negatív kábelszekrényekben lévő szerelvények, csatlakozási pontok, szívópontok, síncsatlakozások poligon sínszekrényeiben lévő csatlakozási pontjainak vizsgálata
Felsővezeték hálózat elemeinek, kötéseinek vizsgálata (táppont-csatlakozások, áthidalások, vezetékszorítók, toldók és váltóvezetékek)
21
3.1.2
Metró
Pályára csatlakozó erősáramú kitápláló kábelek kötéseinek vizsgálata (pl. az É-D metró Deák tér állomás bal kijárati vágányfojtó drosszer negatív oldali kábelkötéseinek vizsgálata csúcsidei körülmények között)
É-D metró Deák tér állomás jobb kijáratánál harmadik sínre csatlakozó pozitív oldali 3 x 1 x 800-as kábelkötések vizsgálata csúcsidei körülmények között
Metró járműről futás közben a futósínre ill. a harmadik sínre csatlakozó kábelek kábelkötéseinek vizsgálata
3.1.3
3.1.4
Trolibusz
A Kijelölésre került vizsgálati területek megegyeztek a Villamos szakterületnél által kijelöltekkel
HÉV
Légtápkábelről történő leágazások áramátadó képességének vizsgálata üzemi körülmények között
Felsővezeték hálózat tartóoszlopaira szerelt árbóckapcsolók zárt kontaktusainak, valamint a kapcsolóhoz tartozó kábelleágazások kötéseinek vizsgálata üzemi körülmények között
Pozitív és negatív szakaszoló szekrények vizsgálata üzemi körülmények között (kábelkötések, szakaszolók)
Az egyenáramú táplálás negatív ágát képező, vágány és sínhálózat összekötések vizsgálata.
Áramátalakító állomásokon a kábelcsatlakozásainak vizsgálata
Műgyanta szigetelésű transzformátorok melegedésének vizsgálata üzemi körülmények között.
Vontatási egyenirányítók mérése üzemi körülmények között. (hőtérkép felvétele, dióda, biztosíték és kábelkötések vizsgálata).
vontatási
és
segédüzemi
transzformátorok
22
3.2
Kísérleti mérések
Méréseinket a Raytek (USA) csoporthoz tartozó FLUKE Ti 20 ill. Ti 30 típusú professzionális kézi hőkamerájával végeztük.
3.2.1 ábra Fluke Ti 20 kézi hőkamera mérés közben A Fluke Ti sorozatú hőkameráit kifejezetten karbantartó szakemberek számára fejlesztették ki termográfiai mérések céljára. 3.2.1
A Fluke Ti 20 hőkamera műszaki jellemzői:
Hőmérséklet tartomány
- 10…..350 ºC
Detektor (hőérzékelő matrix)
80 x 60 hőelem (FPA)
Pontosság
+/- 1% vagy +/- 1 ºC
Termikus érzékenység (NETD)
200 mK
Hőmérséklet kijelzés felbontása
0,1 ºC
Hullámhossz tartomány
7….14 µm
Célra irányítás
egy lézerpont(IECclass 2)
Optikai felbontás
75:1 vagy jobb
Minimális mért körátmérő
8,1 mm 61 cm-ről
Képváltási sebesség
20 Hz
Látómező (FOV)
vizszintes 200x függőleges 150
Állítható emisszió (ε)
0,01 lépésenként 0,01 – 1
Kijelző
LCD 70,5 x 53,5 mm
23
Üzemi hőmérséklet
0 - +50 ºC
Képtárolási kapacitás
50 felvétel
Adatátvitel
USB csatl. Átvitel 25 sec/50 kép
Üzemidő
min. 3 óra, folyamatos használatnál
Tömeg1,2 kg
24
3.2.2
Mérési lehetőségek és azok elemzése, értékelése Villamos Üzemigazgatóság, Infrastruktúra Főmérnökség
Csatlakozó szekrény Margit körút Tölgyfa utca sarok
Balról a negyedik kábelsaru préselése feltehetőleg hibás 1. vonal Könyves Kálmán körút
A szakaszszigetelőn látható melegedés feltehetően az emissziós tényező különbözősségéből adódik.
25
Örs vezér tér
A bal oldali szakaszoló túlmelegszik. A maximális hőfokeltérés ∆t=2,9 ºC
26
Metró Üzemigazgatóság, Infrastruktúra Főmérnökség
K-NY vonal, Blaha Lujza tér
A drosszerhez csatlakozó kábelek kötési pontjainak hőmérsékletkülönbsége ∆t=0.9 ºC. K-NY vonal, Moszkva tér
A drosszerhez csatlakozó kábelek kötési pontjainak hőmérsékletkülönbsége ∆t=1.4 ºC.
27
É-D vonal, Deák tér
41 másodperccel később
87 másodperccel később A fenti három felvétel a kiinduló (gyorsító) metrószerelvény elhaladásakor készült. A termogrammok melletti oszlopdiagramok szemléletesen mutatják a hőmérséklet eloszlásának változását a drosszernél. A legmelegebb pont hőmérséklet változása sorra 33,9 ºC, 35,0 ºC, 34,3 ºC
28
É-D vonal, Határ út – Népliget vonalszakasz A fenti vonalszakaszon végzett mérések felvételeinek értékelése. A felvételen jól láthatóak a futósín, illetve a harmadik sín meleg csatlakozási pontjai.
Trolibusz Üzemigazgatóság, Infrastruktúra Főmérnökség
Csatlakozó szekrény Örs vezér tér 1
Csatlakozó szekrény Örs vezér tér 2
29
Vonali betáp Örs vezér tér
Vonali betáp szakaszszigetelővel Salgótarjáni út
Teréz körút – Király utca kereszteződés
30
31
HÉV Üzemigazgatóság, Infrastruktúra Főmérnökség
Kvassay áramátalakító vonali kitáp szekrény
Melegedő csavarkötések láthatóak. Kvassay áramátalakító egyenirányító szekrény
Jól felismerhetőek a melegedő kötési pontok. 32
Csepeli HÉV kitáplálás Kvassay
Szentendrei HÉV Margit híd
33
34
3.3
Vizsgálati eljárás és módszer ismertetése
Az bemutatott méréssorozat (esettanulmány) alapján megállapítható, hogy az infravörös termográfiai vizsgálatok
alkalmasak az áramellátási erősáramú kábelrendszerek megbontás nélküli vizsgálatára
a vizsgálatok terhelés alatt, üzemszerű körülmények között végezhetők
a felsővezeték (harmadik sín) kötései menetközben értékelhető eredményt adnak
a hibahelyek feltárása egyszerűen, az üzem zavarása nélkül lehetséges
a mérések elvégzéséhez speciális hardverelemek nem szükségesek
a mérések kiértékelése folyamatosan végezhető
a hibahelyek ill. definiált mérési pontok (pl. csatlakozószekrények, drosszerek) mérési adatai egyszerűen rögzíthetők
a rögzített felvételek kiértékelése a kiértékelési szempontok, beállítások változtatási lehetőségével PC-n lehetséges
a kiértékelt felvételek Microsoft Windows operációs rendszerrel rendelkező PC-ken dokumentálhatók, archiválhatók.
A mérési eljárás tehát alkalmas mind a 400 V, mind pedig a 10 kV feszültségű rendszerek vizsgálatára! A módszer diagnosztikai (megbontás nélküli műszeres) vizsgálatnak minősül. Jelen formájában alapvetően kvalitatív, tehát minőségi jellegű kiértékelésre alkalmas, bár nem zárja ki a mennyiségi, vagyis kvantitatív kiértékelés lehetőségét sem.
35
A kvantitatív, vagyis a vizsgált felület konkrét, ºC-ban meghatározott hőmérsékleteloszlásának mérése elsősorban az emissziós tényező (ε) adott készülékelem felületére való pontos meghatározása miatt nehézkes. Az emissziós tényező a felületek oxidáltságával, szennyezettségével jelentősen változhat, így a mérési hiba akár 8 - 10 % is lehet. Az áramellátási kábelrendszerek terhelés alatti, megbontás nélküli diagnosztikai vizsgálatára kifejlesztett rendszer és eljárás főbb lépései a következők:
a vizsgálat helyének kijelölése
a termográfiai felvétel elkészítése
a termogrammok kiértékelése
a diagnosztikai vizsgálat eredményének dokumentálása
a következő vizsgálat időpontjának kijelölése ill. szükséges fenntartási – karbantartási intézkedés megtétele.
3.3.1
A vizsgálat helyének kijelölése.
A kifejlesztett diagnosztikai rendszer két ponton kapcsolódik az áramellátás karbantartási rendszeréhez. Egyik kapcsolódási pont a vizsgálati helyek, vonalszakaszok kijelölése. A vizsgálati helyek kijelölése történhet:
a merev TMK ciklusrend szerint
az előző mérések eredményeként megjelölt időpontban (LCC/RCM)
elvégzett javítások ellenőrzésére.
3.3.2
A termográfiai felvétel elkészítése
A termográfiai felvétel (hőfénykép) elkészítésének szempontjairól, a felvételkészítésnél gyakran előforduló hibákról a 2. fejezetben részletesen írtunk.
36
A javasolt időpont a felvételi hibák csökkentése, valamint a terhelésfüggő melegedési pontok jobb felismerése szempontjából a kora reggeli csúcsidő, szabadtéri felvételeknél az enyhén borult, száraz idő. A felvételek készítésénél gondot okozhat a későbbi kiértékelésnél a vizsgált csatlakozószekrény ill. a felvétel helyének azonosítása. Erre alkalmas pl. a felsővezetéki hálózatnál ilyen lehet pl. a felvételek helyéhez tartozó GPS koordináták rögzítése. A vonali mérések (felsővezeték, harmadik sín) esetén a mérés történhet a haladó járműről, ez esetben arra kell ügyelni, hogy a hőkamera és a vizsgált szakasz között üvegfelület ne legyen. Metrónál a mérés célszerűen a haladó szerelvény hátsó vezetőállásának nyitott ajtaján keresztül lehetséges. A hőkamerát ilyenkor jól rögzített állványra kell szerelni. Az alkalmazott hőkamerától függően a hőképek a kamerához csatlakoztatott laptopon figyelhetők meg. A felszíni felsővezetékeknél (villamos, troli, HÉV) a folyamatos mérés lehetséges a járművek nyitott ablakán keresztül, vagy a sínen haladó Schörling szerelőkocsiról. A hibahelyek feltárása, a felvételek elkészítése ott, ahol a vágányok mellett kiépített közút van, a közúton haladó gépkocsiról pl. tetőkibúvón, vagy nyitott oldalablakon át is nyílik lehetőség. Ez esetben azonban a pályamenti műtárgyak, fák, a változó forgalmi helyzet stb. akadályozhatják a mérést. (A felvételkészítés általában álló helyzetben kényelmes).
3.3.3
A termogrammok (felvételek) kiértékelése
A felvételek (termogrammok) elsődleges kiértékelése tulajdonképpen a felvételkészítés előtt, a vizsgálat folyamán megtörténik. A hőkamerák kijelzőjén folyamatosan megjelenik a vizsgált terület termogrammja, hőképe. A kijelzőn látható – ha van – melegedési pont, eldönthető, készüljön-e felvétel.
37
Felsővezetéki ill. vonali méréseknél elegendő lehet a látott hibahely helyének rögzítése, esetleg folyamatos, a mérőmenet során készített videofelvétel. A hőkamerák memóriájában tárolt felvételek kiértékelése a hőkamerához tartozó szoftver segítségével számítógépen történik. A PC-vel szemben támasztott hardverigények ma már általánosnak mondhatók. ( PIII. v. ennél jobb CPU, 733 MHz, v. jobb, min. 1 GB memória, 2000 v. XP operációs rendszer). A hőkamerákhoz adott termogram kiértékelő rendszer igen sokféle szolgáltatást ad. A felvételek megjelenítési módjának változtatása mellett általában lehetőség nyílik a felvételek utólagos korrekciójára, pl. a mérési tartomány módosítására. (Lásd 2. fejezet ill. az adott hőkamerák kiértékelő szoftvereinek kezelési utasítása). A kiértékelő szoftverekkel lehetőség van a termogramon izotermák kijelölésére, a hőmérsékleteloszlás valamilyen szempont szerinti megjelenítésére. Az egyes kijelölt pontok hőmérsékletének megjelenítése mellett kiválasztható a maximális hőmérsékletű pont. A szakirodalomban ugyanis találunk utalásokat arra, hogy a hibahelyek, pontosabban kötések környezeti hőmérséklettől való eltérése (ºt) mekkora lehet. Így pl. a NETA (InterNational Elektrical Testing Association USA) szerint a ∆t értéke 15 ºC és 40 ºC között lehet. Az E.N.E1L szabvány (Megjegyzés:Nem sikerült azonosítanunk!) hőmérsékletük (pontosabban a hőmérsékleti eltérésük szerint) három osztályba sorolja a hibahelyeket, azokhoz karbantartási utasítást is adva az alábbiak szerint:
I. osztályú hibahelyek∆t= 5 – 10 ºCjavítandó a legközelebbi alkalommal
II. osztályú hibahelyek∆t= 10 – 30 ºCjavítandó a legközelebbi lehetséges alkalommal (?)
III. osztályú hibahelyek∆t > 30 ºCazonnal javítandó.
38
A fenti értékek azok mérésének, értelmezhetőségének bizonytalansága miatt véleményünk szerint további kutatások, vizsgálatok és kísérletek nélkül csak un. „ökölszabályként” használhatók. Ugyanakkor kétségtelen, hogy a pontosan definiált értékek, pl. felsővezetékek esetében jelentősen egyszerűsítenék a diagnosztikai vizsgálatok kiértékelési technológiáját. A dokumentációs rendszerhez illeszkedően a diagnosztikai vizsgálat összegzéseként két – adott esetben szubjektív – értékelési módot javasolható.
A vizsgált objektum általános minősítése 1–től 5-ig terjedő osztályzattal ( 1 a legrosszabb, 5 a legjobb). Ez a minősítés magában foglalja a termogrammon lévő mért adatokon kívül az objekum (pl. csatlakozószekrény) általános állapotára vonatkozó megállapítást is.
A következő vizsgálat javasolt időpontját (6 hónap, egy ill. két év).
Megjegyzés: Ausztriában törvény írja elő a berendezések ötévenkénti kötelező felülvizsgálatát!
3.3.4
A diagnosztikai vizsgálati eredmények dokumentálása
Az elvégzett diagnosztikai vizsgálatok a dokumentálásához a hőfényképek (termogrammok) azok kiértékelését követően Windows World formátumban állnak rendelkezésre. A dokumentációs rendszer ezeket, valamint esetenként a vizsgált berendezések fotóját és a diagnosztikai megállapításokat tartalmazza. Megjegyzés: A dokumentáció elkészítése, különösen a minősítés és a következő vizsgálat időpontjának (vagyis a feltételezett zavarmentes üzem tartamának) meghatározása alapvetően elválik a mérések ill. az infravörös termogrammok és készítésétől és kiértékelésétől.
39
3.3.5
A következő vizsgálat időpontjának kijelölése ill. szükséges fenntartási – karbantartási intézkedés megtétele
A legpontosabban, legjobban elvégzett és dokumentált diagnosztikai vizsgálat sem ad többet néhány jól mutató színes papírlapnál, ha a diagnosztikai megállapítások nem szerves részei az alkalmazott fenntartási - karbantartási rendszernek. Az áramellátási kábelrendszerek terhelés alatti, megbontás nélküli diagnosztikai eljárásaként kifejlesztett rendszerünk fenntartási – karbantartási rendszerbe illesztésével a 4. fejezetben foglalkozunk részletesen.
40
3.4
Üzemi ellenőrzési technológia
A diagnosztikai ellenőrző vizsgálatok - a meglévő karbantartási-fenntartási rendszerhez illesztve munkalap kiállításával kezdődnek. A munkalap - amely pl. a csatlakozószekrények diagnosztikai vizsgálatára került kiadásra – tartalmazza a vizsgálat technológiai lépéseinek megfelelő észrevételek , megjegyzések beviteli lehetőségét. A munkalap lehet papíralapú, a diagnosztikai vizsgálat helyszínén kitöltve a telephelyen megfelelő számítógépes bevitelt tesz szükségessé. A munkalap lehet elektronikus alapú. Ez biztosítja a helyszínen történő adatfelvétel közvetlen adatbázisba vitelét. A mellékelt technológiai sorrend lépéseinek megfelelően rögzítésre kerül (1-5 jelzéssel) a minősítés, amely adatbázisba kerülve keresési – szűrési feltételt jelent. Az adatbázis szűrésével a fenti minősítéshez tartozó megjegyzés , észrevétel előhívható, a szükséges operatív intézkedés javítási munkalapon kiadható.
41
Munkalap száma:
Munkalap Munkafolyamat megnevezése
HÉV Üzemigazgatóság
Helyszín:
Csatlakozószekrény diagnosztikai
Kelt:
Munkafolyamat ideje:
Munkavégző:
vizsgálata
Csoport:
Elrendel Név:
te: Azonosító:
Azonosító:
Technológiai utasítás száma:
Minősítések 1
Csatlakozószekrény környezetének ellenőrzése
2
Csatlakozószekrény állapotának szemrevételezése
3
Külső
szekrényazonosító
ellenőrzése
4
Ajtóállapot
Belső
4
5
8
1
2
3
4
5
9
1
2
3
4
5
1
1
2
3
4
5
2
3
4
5
1 1
2
3
4
5
4 Készül
Nem készült
Kábelkötések vizsgálata, Kábelsín
Kábelsaru
Csatlakozószekré ny ajtók zárhatósága
3
szekrényazonosító
pontok vizsgálata,
szemrevételezés,
1 1
Csatlakozási
rögzítettség,
2 ellenőrzése,
ellenőrzése
Digitális fotó:
3
1
Zárszerkezet
tömítés, zsanérok
6
2
0
állapot,nyithatóság
5
1
Zárszerkezet zárhatósága
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Termovíziós felvétel
t Felvétel azonosítója: Fotó azonosítója: Hőkamera típusa:
42
Megjegyzések:
Munkalapot átvettem (karbantartó): Munkalapot kitöltve átvettem (feldolgozó):
Mintaként két jellegzetes folyamatra vonatkozó részletes technológiai utasítást mutatunk be az alábbiakban.
43
Technológiai sorrend száma:
Technológiai utasítás Dát um
Aláí
Munkafolyamat megnevezése
Munkafolyamat ideje:
rás
Csatlakozószekrények diagnosztikai
Tervezt
Összes oldalszám:
vizsgálata
e Ellenőri zte
Típus
Elrendel
Érvényes:
te Sorszá
Műveleti utasítás
Munkafolyamat rövid leírása
m
1
száma
Nor maidő
Munkalapok felvétele Az
2 Szekrénykulcsok felvétele
ellenőrzendő típusnak megfelelőket
3
Digitális fényképezőgép felvétele Akkumulátoro
4 Digitális fényképezőgép ellenőrzése
k, memóriakártya ellenőrzése
5
Termovíziós kamera felvétele Akkumulátoro
6 Hőkamera ellenőrzése
k, memóriakártya ellenőrzése
7
Forgalmi engedély felvétele
8
Gépjármű kulcsok felvétele
9
Gépkocsi átvétele
10
Helyszín megközelítése
11
Csatlakozószekrény környezetének ellenőrzése
12
Csatlakozószekrény állapotának szemrevételezése
13
Külső szekrényazonosító ellenőrzése
14
Csatlakozószekrény kinyitása
15
Zárszerkezet állapot,nyithatóság
16
Ajtóállapot ellenőrzése, tömítés, zsanérok
Rendellenessé g rögzítése Kulcskészlet
44
17
Belső szekrényazonosító ellenőrzése
18
Csatlakozási pontok vizsgálata,
19
Kábelkötések vizsgálata,
19
Kábelsín rögzítettség,
20
Kábelsaru szemrevételezés,
21
Termovíziós felvétel elkészítése,
22
Csatlakozószekrény ajtók zárhatósága
23
Zárszerkezet zárhatósága
24
Termovíziós felvételek kiértékelése
25
Dokumentációs rendszerbe illesztése
26
Munkalapok leadása Technológiai sorrend száma:
Technológiai utasítás Dát um
Aláí
Munkafolyamat megnevezése
Munkafolyamat ideje:
rás
Felsővezeték diagnosztikai vizsgálat
Tervezt
Összes oldalszám:
e Ellenőri zte Elrendel
Típus
Érvényes:
te Sorszá
Műveleti utasítás
Munkafolyamat rövid leírása
m
1
Munkalapok felvétele
2
Digitális fényképezőgép felvétele
száma
Nor maidő
Akkumulátoro
3 Digitális fényképezőgép ellenőrzése
k, memóriakártya ellenőrzése
4
Termovíziós kamera felvétele Akkumulátoro
5 Termovíziós kamera ellenőrzése
k, memóriakártya ellenőrzése
6
Forgalmi engedély felvétele
7
Gépjármű kulcsok felvétele
45
Állapot
8 Gépkocsi átvétele
ellenőrzés üzemanyag ellenőrzés
9 10 11
Helyszín megközelítése Felsővezeték állap Oszlopazonosító ellenőrzése
12
Csatlakozási pontok vizsgálata,
13
Szigetelések vizsgálata,
14
Termovíziós felvétel elkészítése,
15
Termovíziós felvételek kiértékelése
16 17
Digitális felvétel elkészítése
Rendellenessé g rögzítése
Rendellenessé g rögzítése
Dokumentációs rendszerbe illesztése
A fenti technológiai utasítás készítésénél feltételeztük, hogy a vizsgálatot közúti járműből végzik el.
46
3.5
Dokumentációs rendszer
A számítógépes dokumentációs rendszert illeszteni kell a karbantartási rendszerhez. A jól megtervezett hálózati hardveres és szoftveres alapok jelentik a rendszer megbízhatóságát.
47
Az ábrán jól látható a rendszerben adott lehetőség. Az adattárolás Microsoft SQL adatbázis alapokra épül és közvetlenül kapcsolódhat az egyedi kialakítású együttműködést segítő, vagy akár a teljes SAP rendszerhez.
Dokumentálás és adatfeltöltés Adatfeltöltést csak a rendszergazdák által engedélyezett személyek (azonosító és jelszó a belépésnél) végezhetnek a rendszer megfelelő pontján becsatolt számítógépekkel. Első lépésben a kiértékelő (ill. adatfeltöltő) személy, aki a termográfiai elemzéseket végezte, az elemző szoftverből (példánkban a Fluke cég InsideIR alkalmazásából) a jegyzőkönyveket Microsoft Word dokumentum formátumba exportálja ki. Az exportált jegyzőkönyv formátumát az InsideIR egy linkelt XML sablonfájlból olvassa ki. Ez a folyamat a jegyzőkönyvek formálhatóságának lehetőségét hordozza magában. (Az XML sablonfájl átprogramozása szoftvermódosítást jelent ezért az új sablon használatbavétele előtt a Fluke cég megfelelő illetékeseivel konzultálni kell a végrehajtott módosításokról). A kiexportált jegyzőkönyv minden olyan fontos információt tartalmaz, amely a későbbi kiértékeléshez, ellenőrzéshez, illetve a nyomonkövethető karbantartási rendszerhez szükséges.
A legfontosabb adatok, információk:
Illetékes Üzemigazgatóság
Pontos hely- és berendezésazonosítási információk
Felvételt készítő személy azonosítója
A kiértékelést és az adatfeltöltést végezte
Felvétel pontos dátuma és időpontja
Termokép a színspektrummal (a megfelelő hőmérsékleti pontokat kiemelve tartalmazza)
Fotó a vizsgált készülékről
Csúcs, ill. kritikus hőmérsékletek
Kritikus hőmérséklet különbségek
Vizsgált berendezés egyéb adatai (sugárzási tényező, visszavert hőmérséklet)
Környezeti adatok amelyek a mérést befolyásolták (pl.: levegő hőmérséklet, égbolt felhőzet, szélsebesség, szélirány)
Kiértékelés utáni minősítési értékek (pl.: 1-5 értékjegyek)
Beavatkozás sürgősége
48
Javítással, karbantartással kapcsolatos információk
Következő vizsgálat időpontja
Ezután a kiértékelő – adatfeltöltő személynek be kell jelentkeznie az adatbázishoz kapcsolódó intranetes felületen. A kiexportált jegyzőkönyv adatait az intranet megfelelő pontján elérhető, webes felületbe illesztett, üres (de meghatározott kitöltési feltételekkel rendelkező) Microsoft Excel sablonba kell kigyűjteni. Ezután a mérés időpontját és a berendezés azonosítószámát kiolvasva, a szerver elmenti a központi adatbázisba a korrekt módon kitöltött táblázatot és a csatolt képeket. A feltöltött adatok megfelelőségéről a WEB-es felület visszajelzést ad.
Ennek a megoldásnak fontos előnyei jelentkeznek (amelyek egy része a fenti ábrából jól értelmezhetőek):
A feltöltő személyek könnyen azonosíthatóak,
Külső felhasználók nem férnek hozzá a vizsgálati, karbantartási, ill. bizalmas adatokhoz,
A hozzáférési jogok könnyen kezelhetőek illetve csoportosíthatóak
49
Az adatbázisból a legkülönbözőbb szűrési feltételeknek megfelelően kigyűjthetőek az adatok a problémás berendezésekről (pl.: minősítési szám, előírt vizsgálati időpont, helyszín, stb. szerint),
A karbantartási rendszer jól időzíthető, az utasítások elektronikusan illetve akár teljesen papír alapon kiadhatóak (munkalapok, lásd 3.4. fejezet),
A kiértékelések és az utasítások nem helyhez kötöttek (intranet)
Könnyen felállíthatóak a különböző statisztikák és ezek publikálhatóak a célzott személyeknek (akik akár egyszerű webes, intranetes felületen megtekinthetik az információkat)
A különböző szervek a vállalaton belül könnyen kommunikálhatnak egymással, megoszthatják szakmai tapasztalataikat a vizsgálatokról,
Az adatgyűjtés és tárolás gyors, biztonságos, szabályozott
A rendszerhez kialakítottuk a vizsgálati dokumentumok regisztrálásához kiválóan alkalmazható, un. regisztrációs lapot (termográfiai jelentés) két lehetséges formátumban. A következőkben bemutatott formátum (4.1. ábra) alapvető sajátossága hogy egy vizsgálat – egy regisztrációs lap, vagyis egy adott objektumról minden vizsgálat esetén külön regisztrációs lap készül. Ennek következtében egy berendezéshez tartozó időben eltérő regisztrációs lapjai csak egy kigyűjtési folyamat eredménye képen elemezhetőek. Ez a tulajdonság megnehezítheti a diagnosztikai elemzés (élettartam görbe felállítása) elvégzését. Előnye azonban a bővebb információhordozás. A 4.2. ábrán a termográfiai jelentésnek olyan változatát mutatjuk be, melynél az időben egymást követő vizsgálatok azonos dokumentumon helyezkednek el. Ennek a megoldásnak előnye az előzőhöz képest, hogy az elhasználódás folyamata a megtett karbantartási (javítási) intézkedések hatása közvetlenül szemrevételezhető.
50
4.1. ábra Termográfiai jelentés 1.
51
4.2. ábra Termográfiai jelentés 2.
52
Összefoglalva a fentiek alapján belátható, hogy karbantartási dokumentációs rendszer ilyen irányú kifejlesztése elengedhetetlen a korszerű vállalati irányítási rendszerekben való továbblépéshez (lásd 4. fejezet). Természetesen, a gondolatmenetet folytatva, itt megint visszacsatolható az utazóközönség szolgáltatásokkal szembeni megelégedettsége.
53
A kifejlesztett diagnosztikai eljárás és módszer beillesztése az üzemeltetési – fenntartási folyamatba
4.
Az áramellátási erősáramú kábelrendszerek elemeinek terhelés alatti, megbontás nélküli vizsgálatára kifejlesztett, az infravörös termográfián alapuló diagnosztikai eljárás alkalmazásának alapvető feltétele, a kutatás célkitűzésében megfogalmazott előnyök elérésének biztosítéka és feltétele a kifejlesztett módszer megfelelő illeszkedése az üzemeltetés – fenntartás folyamatába. Esettanulmány keretein belül, a közlekedési vállalat szervezetén belül felmértük az adott területeken jelenleg alkalmazott üzemeltetési – fenntartási módszereket, eljárásokat, azok főbb jellemzőit.
4.1.1
Villamos
Áramellátás, felsővezeték A kábel és légtápkábel hálózaton fenntartási munka nincs, kizárólagosan hibajavítás végzése folyik zárlat vagy szakadás esetén. Ezen területeken hosszú ideje a felújítás nem is létezik.
Az üzemeltetés hibahely meghatározásra szorítkozik. Előírások, utasítások a mérésekhez, vizsgálatokhoz nincsenek.
Karbantartás, TMK tevékenység nincs
Javítást külső kivitelezők végzik.
Áramátalakítókban a fejlesztési tevékenység csak új vonal építésénél (1-es vonal Népliget 2001-ben, Káposztásmegyer 1998-ban) létezik. Rendelkezésre állnak mindenre kiterjedően kidolgozott fenntartási technológiák, amelyek közlekedési vállalatnál használatosak. Karbantartási tevékenység végzése kizárólag az üzemviteli feladatok (kézi működtetésű rendszer felügyelete) mellett történik. Az olajos transzformátorok karbantartása mintegy 5 éve elmarad, mert a tevékenységet, a hozzátartozó eszközállományt, létszámot kiszervezték, majd a kiszervezett gazdasági társaság felszámolásra került.
54
Metró
Áramellátás Kidolgozott karbantartási technológiai utasítások állnak rendelkezésre minden területen. Ezen technológiák alapján karbantartási ütemterv készült és rendelkezésre áll, ami alapvetően TMK rendszerű. Az üzemeltetés jellemzői: - anyagmentes, - csak élő munkát igényel, - a fenntartás nagyobbik részét teszi ki. Karbantartás:
lehetőségekhez mérten elsősorban a biztonságos üzemeltetésre szorítkozik,
a karbantartás egy része csökkentett technológiával történik.
Javítás: - jórészt külső kivitelezők végzik rendelésre szerződés alapján. A fenntartásban jelentkező legnagyobb gond az, hogy a berendezések egy részének élettartama lejárt, cseréjükre azonban forráshiány miatt nincs lehetőség. 4.1.2
Trolibusz
A trolibusz felsővezeték áramellátása a VÜI infrastruktúrához tartozik, ezért itt csak a Trolibusz Üzemigazgatóság, Infrastruktúra Főmérnökség kezelésében lévő vonali infrastruktúrát tárgyaljuk. Két fő elemre bontható ezen infrastruktúra: kábelrészre és felsővezeték részre. A kábel funkciója a vontatási energia szállítása az áramátalakító gépház és a felsővezeték rendszer között. Megjelenési formája: föld alatt telepítve, csupán két vége látható kábelszekrény alakban, ahol különböző kapcsolásokat és kapcsolatokat lehet létesíteni. A kábelek fenntartási és karbantartási munkái az adottságából kifolyólag korlátozottak. A fő elemről (kábel) csak szigetelési és ellenállásméréssel szerezhetünk információkat. Ezen adatok a technológiai utasítás szerint jegyzőkönyvbe kerülnek és ciklikusan ismétlődnek. Amennyiben a mérési értékek eltérnek az
55
előírtaktól, a kábelszekrényben elvégzik a kábelek átcsatolását, majd intézkedés történik a kijavításról (külső kivitelező). Kábelszekrények a kábelvégek össze- és szétkapcsolására, valamint a felsővezeték-rendszer megtáplálási pontjainak létesítésére szolgálnak. A ciklusrendben meghatározott időszakonként ellenőrzik a kábelszekrényben levő villamos kötések állapotát a belső környezet tisztaságát a feliratok helyességét. Kívülről vizsgálják az ajtók biztonságos zárhatóságát, esztétikai megjelenését. Kisebb hibákat azonnal megszüntetik, a nagyobb hibákat hibafüzetbe rögzítik. Veszélyes rongálódás, vagy elhasználódás esetén cserére kerül sor (külső kivitelező). A felsővezeték funkciója a trolibusz kijelölt útvonalon való haladásához biztosítja a folyamatos áramellátást. Megjelenési formája: vezetékpár, amely egymástól és a tartószerkezettől is elszigetelt. A vezetékpár magassági beállításához kétféle lehetőség van, úgymint oszlop és falihorog, a vízszintes szabályozás pedig keresztsodronyon és tartókaron történhet a trolibusznak az úttesten való elhelyezkedéséhez viszonyítva. A felsővezeték fő elemei: Tartóoszlop a vezetékpár magassági beállítására szolgál. Fizikai és kémiai hatásoknak erősen igénybevett elem. Ciklikus vizsgálata során kiemelten kell kezelni az oszlop közvetlen föld feletti területét. Az elváltozásokat (karambol, korrózió) hibafüzetbe rögzíteni kell. Veszélyes meghibásodás esetén a tartóoszlopot ki kell cserélni (külső kivitelező). A tartóoszlopok és a tartókarok a munkavezeték úttesthez viszonyított vízszintes pozíciótartására szolgálnak. Ezekbe az elemekbe kerülnek beépítésre a szigetelőszerkezetek. Vizsgálatuknál figyelembe kell venni az elemi szálak szakadását, szigetelők törését, a sodrony feszességét és irányát. A kisebb hibákat javítják a vizsgálat folyamán a nagyobb hibák, illetve a feszültség alatt nem végezhető hibák javítása, üzemszüneti időben történik. Munkavezeték biztosítja a trolibusz részére a folyamatos áramellátást a kijelölt útvonalon. A munkavezetékpár (+ és -) egymástól és környezetüktől kettősen szigetelt. Az áramszedő zavartalan siklása érdekében a hálózatcsomópontokban és ívekben a vezetékre különböző kisegítő elemek kerülnek beépítésre (váltók, keresztezések, csövezések). Ezek az elemek a munkavezetékkel együtt kopásnak vannak kitéve. A ciklikus vizsgálat során e kopások mértéke vizsgálókönyvben illetve hibafüzetben vannak rögzítve. A hibafüzetekbe felvett hibák minden esetben tervezett karbantartás keretében kerülnek javításra. A munkavezeték fő szerkezeti elemei (keresztezés, szakaszszigetelő,
56
váltó) szintén ciklusrend szerinti vizsgálat során kerül értékelésre, majd az értékelés alapján készül el cseréjükre az ütemezés, kivéve az üzemzavar során bekövetkezett erős rongálódásokat. Az említett ellenőrzések, vizsgálatok, mérések ciklusrendjei, technológiái írásban rögzítettek a közlekedési vállalatnál. A vizsgálatokat, ellenőrzéseket, sőt a javításokat is a cég szakemberei végzik. Erre 2 felsővezeték vizsgáló és szerelőkocsi áll rendelkezésre. 4.1.3
HÉV
Erre a területre a cégen belül társasági szabvány vonatkozik. A közlekedési vállalat meghatározta és felmérte a vonali infrastruktúra eszközeit, azok műszaki állapotát és korát. Infrastrukturális berendezések műszaki állapota – elsősorban a magas életkoruk miatt – igen alacsony, a berendezések elavultak. A műszaki állapot további jellemzője a funkcionalitás rendelkezésre állásának %-ban kifejezett mértéke, melyet jellemzően objektív mérések alapján lehet megállapítani. Az egyes berendezések szorosan összefonódó egységként működnek, beavatkozás esetén több berendezés koordinált leállítását és újra indítását vonja maga után. Ennek megfelelően a tervezett javítások, felújítások több tevékenységet foglalnak magukban. Az infrastrukturális berendezések kora: Minden eszköz üzembe-helyezési ideje pontosan ismert. A berendezésekre vonatkozó rendeletek, utasítások, szabályzatok egyértelmű paramétereket határoznak meg az élettartamra vonatkozóan. Ezek a paraméterek jellemzően az üzembe helyezés óta eltelt idővel, az eltelt üzemidővel, a közlekedett vonatok mennyiségével és a berendezés állapotváltozásának számával (működési szám) vagy ezek kombinációjával határozzák meg az élettartamot. A jellemzők, illetve az adott vonal forgalmi paramétere alapján meghatározásra kerültek az egyes berendezések üzemideje és az előírások szerinti kötelező csere ideje. Ezen adatok alapján egyértelműen bemutatható, hogy egy adott berendezés a tervezési időszakot (2003 - 2005.) tekintve már cserére szorult volna, a cseréje már most aktuális, vagy csak jövőben lesz időszerű.
57
Eszközrendszer műszaki állapota az áramellátásnál %-ban kifejezve 75 - 100
50 - 74
25 - 49
1 - 24
0
1131
1200
1000
881
916
800
586
600
400
200
0 0 eszköz (db)
Az Infrastruktúra Szakszolgálat karbantartási, javítási feladatai röviden: Az eszközök
felügyelete,
karbantartása,
javítása,
hiba- és zavarelhárítása.
A gyári ajánlások alapján a közlekedési vállalatnál rendelkezésre állnak a ciklusrendek, valamint a fenntartási előírások.
58
Kötelező eszközcserék az áramellátásnál, időszak szerint 1970 előtt
1971 - 1980
1981 - 1990
1991 - 2000
2001 - 2010
2011 - 2020
2021 - 2030
2030 után
2500
2041 2000
1500
1000
609 500
481
299 11
38
31
5
0 eszköz (db)
A fentiek alapján nyilvánvaló, hogy az egyes üzemigazgatóságokon belül folyó üzemeltetésifenntartási munkák üzemigazgatóságonként eltérő módon és formában mennek végbe. Ugyanakkor az is tény, hogy az áramellátási rendszerek műszaki tartalma, sok esetben tényleges kialakításuk, szerkezeti elemeik az esetenként ténylegesen eltérő üzemeltetési feltételek mellett is nagyfokú hasonlóságot mutat. A tananyagban bemutatott és a jelen esettanulmányban szemléltetett infravörös termográfián alapuló, megbontás nélküli diagnosztikai módszer a speciálisan kialakított digitális alapú dokumentálási, adatkezelési eszközrendszerrel kiegészítve lehetőséget ad azonos elven működő, korszerű fenntartási rendszer kialakítására. A jelenleg alkalmazott fenntartási rendszerek alapjában véve kieséses (hibáig üzemeltetéses) rendszerek, helyenként kiegészítve, kombinálva a merev ciklusrend szerinti (TMK) rendszer elemeivel.
59
A karbantartási technológia kiválasztása az alábbi folyamatábra segítségével történhet:
60
A vállalati szintű, egységes Élettartam Költség Alapú és Megbízhatóság Központú Karbantartási Rendszer (LCC/RCM) bevezetése jelenti a legkorszerűbb és egyben leghatékonyabb megoldást, kiegészítve a Számítógépes Karbantartás Menedzsment Rendszer (CMMS) eszközrendszerével. Ehhez azonban szükséges megfelelő információs rendszer kiépítése, amely költségei miatt nem biztos, hogy belefér a közlekedési vállalat költségvetésébe. A bemutatott infravörös termográfián alapuló diagnosztikai vizsgálati, mérési eljárás a szervesen hozzátartozó dokumentációs rendszerrel, egyszerűen kapcsolható a meglévő karbantartási rendszerekhez. A bemutatott állapotvizsgálati mérési módszer alkalmazása ugyanakkor elengedhetetlen a korszerű, állapotfüggő karbantartási rendszer (LCC/RCM) bevezetéséhez is. A korszerű karbantartási – fenntartási rendszerek közös vonása, hogy az adott eszközökre nézve jelentős adatbázissal dolgoznak. Az infravörös termográfián alapuló terhelés alatti, megbontás nélküli diagnosztikai mérési eljárás és a hozzátartozó dokumentációs rendszer bevezetése az alábbi előnyökkel jár:
pontos képet ad a kötések műszaki állapotáról
a vizsgálatok üzemközbeni, terhelés alatti elvégezhetőek
a karbantartási, javítási munka tervezhetősége javul
az elvégzett beavatkozások ellenőrizhetőekké válnak
a fenntartási költségek (különösen az élőmunka igény) csökken
az üzembiztonság nő
az ISO szabványok szerinti minőségbiztosítási rendszer bevezethetővé válik.
61
Összefoglalás
5.
Az áramellátási kábelrendszerek terhelés alatti, megbontás nélküli diagnosztikai vizsgálati eljárására szolgáló rendszert és módszert mutattunk be, esettanulmánnyal alátámasztva, a közlekedési vállalat igényeinek alapulvételével. A kifejlesztett eljárás és módszer alkalmas a villamos üzemű járműveket üzemeltető alegységek vontatási célú kábelrendszereinek csatlakozószekrényeinek, kábelkötéseinek, a járműveket kiszolgáló felsővezeték (harmadik sín) kötéspontjainak üzemszerű körülmények közötti, megbontás nélküli diagnosztikai vizsgálatára. A diagnosztikai vizsgálati eljárás az infravörös termográfia (hőfényképezés) elvén alapul. A tananyagban bemutattuk:
az infravörös termográfia elméleti alapjait
a hőfényképezésre alkalmas termovíziós berendezések működésének elvét, jellemző paramétereiket
a diagnosztikai vizsgálatokra alkalmas készülékek jellemző adatait
a felvételkészítés (hőfényképezés) gyakorlatát
a felvételkészítés jellemző hibáit, azok elkerülésének módját
a felvételek kiértékelési módszereit
a jellegzetes vizsgálati helyek kijelölésének módszereit
méréseket elemeztünk bemutatására
vizsgálati eljárást és módszert mutattunk be az áramellátási kábelrendszerek és felsővezeték /harmadik sín/ kötéseinek terhelés alatti, megbontás nélküli diagnosztikai vizsgálatára:
a
diagnosztikai
módszer
gyakorlati
-
bemutattuk a vizsgálati helyek kijelölésének módját
-
a termográfiai felvétel (hőfénykép) elkészítésének módszerét
-
az elkészült felvételek kiértékelésének eljárását
-
a diagnosztikai vizsgálat eredményeinek dokumentálását
alkalmazhatóságának
üzemi ellenőrzési technológiát mutattunk be a diagnosztikai vizsgálatok elvégzésére
példát adtunk egy számítógépes dokumentációs rendszer kialakítására, amely alkalmas a diagnosztikai mérések adatainak áttekinthető, könnyű, gyors kezelésére
62
A bemutatott megbontás nélküli diagnosztikai módszer minimális változtatásokkal alkalmas a 400 V-os, valamint a 10 kV-os hálózatok vizsgálatára is. A diagnosztikai vizsgálati módszer és eljárás
pontos képet ad a kötések műszaki állapotáról
biztosítja a vizsgálatok üzemközbeni, terhelés alatti elvégezhetőségét
a megfelelő üzemeltetési – karbantartási rendszerbe illesztve biztosítja a karbantartási – javítási munkák jobb, áttekinthetőbb szervezését
lehetővé teszi az elvégzett javítások műszaki ellenőrizhetőségét
lehetőséget ad a fenntartási költségek csökkentésére
megteremti az üzembiztonság növelésének lehetőségét
elősegíti a munkavégzés ISO szabványok szerinti minőségbiztosítását.
63
