Skutki awarii takich urządzeń elektrycznych jak rozdzielnice, transformatory, izolatory czy wyłączniki i odłączniki mogą być bardzo groźne. Jeśli wyładowania elektryczne nie zostaną wykryte na etapie, który pozwoli przeciwdziałać konkretnemu uszkodzeniu, zanim przerodzi się ono w awarię, mogą spowodować zatrzymanie produkcji czy nawet być groźne dla życia pracowników. Ponieważ wyładowania generują ultradźwięki w miejscu emisji, można je zlokalizować i zidentyfikować za pomocą technologii ultradźwiękowej. Inspekcja urządzeń elektrycznych z wykorzystaniem tej metody pozwala na wykrywanie wyładowań niezupełnych w każdym stadium, wyładowań łukowych oraz wibracji mechanicznych w transformatorach.

Poznasz usterkę po dźwięku

Prawidłowo działające urządzenia elektryczne powinny pracować cicho. Wyjątkiem są transformatory, które podczas działania emitują stały dźwięk (przypominający buczenie) o częstotliwości 50 Hz – ma on jednak całkiem inny charakter niż towarzyszące wyładowaniom elektrycznym nieregularne, strzelające dźwięki o wysokich częstotliwościach. Powstają one na skutek jonizacji, która wprawia w ruch cząsteczki powietrza znajdujące się w pobliżu. Dzięki aparaturze służącej do ultradźwiękowej inspekcji urządzeń elektrycznych możliwe jest wykrycie tych dźwięków oraz przetworzenie ich do zakresu słyszalnego przez ludzkie ucho. Na takiej właśnie zasadzie działa np. cyfrowy detektor Ultraprobe 3000 firmy UE Systems, producenta urządzeń technologii ultradźwiękowej. Detektor pozwala na lokalizację i identyfikację dźwięków różnego rodzaju wyładowań elektrycznych i wykrywanie elementów wibrujących w polu magnetycznym, a tym samym umożliwia zapobieganie potencjalnym problemom. Co istotne, dźwięki wykryte przez aparat dzięki specjalnemu oprogramowaniu mogą być również nagrywane i analizowane, przyczyniając się do optymalnej diagnozy stanu technicznego maszyny.

Stadia wyładowań niezupełnych

Gdy dojdzie do wyładowań niezupełnych, powietrze dookoła miejsca emisji ulega jonizacji, która powoduje rozpad na ozon i tlenek azotu. Ten ostatni w połączeniu z wilgocią znajdującą się w powietrzu tworzy silnie żrący kwas azotowy (HNO3). Jest to główny sprawca korozji izolatorów elektrycznych i niektórych elementów metalowych.

Nie każde wyładowanie elektryczne jest jednakowo groźne – wszystko zależy od tego, na jakim etapie zaawansowania się znajduje. Stadium początkowym są wyładowania koronowe, tworzące się wokół przewodnika i powodujące naprężenie powietrza powyżej punktu jonizacji. Kolejnym etapem jest tworzenie się ulotu, który dysponuje o wiele większą energią niż wyładowania koronowe. Zjawisko to rozpoczyna się jako niskoprądowe wyładowanie elektryczne do ziemi poprzez izolator – duża różnica potencjałów powoduje powstawanie z czasem wypalonej węglowej ścieżki, której tor biegnie przez powierzchnię izolacji. Niestety z czasem zjawisko ulotu nasila się, co prowadzi do nieodwracalnych uszkodzeń. Końcową fazą wyładowań niezupełnych są najbardziej niebezpieczne wyładowania łukowe – ich energia i czas trwania są dużo większe niż w przypadku ulotu.

Detektory do inspekcji ultradźwiękowej są tak dokładne, że na podstawie szczegółowej analizy nagranego dźwięku pozwalają dokładnie określić fazę wyładowań, a tym samym poziom zagrożenia. Osobom postronnym dźwięki te mogą przypominać brzęczenie lub smażenie, tymczasem każde z nich ma swoją specyfikę. Na przykład zjawisko ulotu (w zależności od stopnia zaawansowania) możemy rozpoznać po charakterystycznych pojedynczych, krótkich i nieokresowych wyładowaniach (skokach amplitudy). Wykrycie rodzaju dźwięku, a tym samym typu wyładowania, pozwala na szybką reakcję. Jeżeli np. podczas cyfrowej diagnostyki zidentyfikowane zostaną wyładowania łukowe, będziemy wiedzieć, że jest już bardzo blisko do niebezpiecznego zwarcia i należy natychmiast zaplanować działania naprawcze.

Urządzenia wielofunkcyjne

Oprogramowanie nowoczesnych cyfrowych detektorów ultradźwiękowych pozwala na bardzo dokładną analizę spektralną ultradźwięków, dzięki czemu można zidentyfikować charakterystyczne wzory emisji elektrycznej pod kątem ich regularności i czasu. Niektóre z bardziej zaawansowanych urządzeń mają wbudowaną opcję nagrywania plików dźwiękowych lub nawet funkcje prowadzenia analiz na miejscu inspekcji. Kiedy niemożliwe jest dostanie się blisko badanego obszaru z powodów bezpieczeństwa lub gdy detekcji podlegają linie napowietrzne, sporym ułatwieniem są dodatkowe akcesoria: koncentrator fal ultradźwiękowych i moduł dalekiego zasięgu. To bardzo czułe elementy, ukierunkowane na konkretną lokalizację, pozwalające zwiększyć dystans, na jakim pracować może standardowy moduł skanujący.

Jak zauważają eksperci służb utrzymania ruchu, systemy monitorowania są obecne w polskim przemyśle od ponad dwóch dekad. W tym czasie ewoluowały z bardzo drogich i skomplikowanych w obsłudze urządzeń do aparatów o kompaktowych rozmiarach, z zawansowanymi funkcjami, a mimo to prostych w obsłudze i niezawodnych. Do tej właśnie kategorii należą nowoczesne instrumenty do inspekcji ultradźwiękowej. Doskonałym przykładem jest cyfrowy miernik SONAPHONE firmy AMC VIBRO, która specjalizuje się w produktach z zakresu monitorowania, diagnostyki i obsługi maszyn. Mobilne urządzenie obsługiwane jest za pomocą ekranu dotykowego (jak w tablecie) i doskonale wspiera proces inspekcji – od planowania poprzez pomiary aż po analizę zebranych danych.

Ponieważ metoda ultradźwiękowa jest w swojej istocie niezwykle prosta i zarazem uniwersalna, poza rozpoznawaniem wyładowań elektrycznych i uszkodzeń izolacji maszyn cyfrowe urządzenia mają wiele innych zastosowań. Służą do wykrywania i klasyfikowania wycieków sprężonego powietrza, gazów technicznych i próżni, za ich pomocą może być monitorowany stan techniczny maszyn oraz określany optymalny czas serwisowania, pozwalają na identyfikowanie wycieków w oknach, drzwiach, pojazdach, kontenerach, a także na wykrywanie problemów z odwadniaczami parowymi, co umożliwia zapobieganie stratom energii oraz pary na skutek nieprawidłowego działania tych urządzeń.

Niezależnie od tego, czy wybierzemy sprzęt umożliwiający dokonanie podstawowej inspekcji ultradźwiękowej, czy też bardziej zaawansowany – z opcją nagrywania i analizy dźwięku na miejscu badania – krokiem poprzedzającym inspekcję powinno być zapoznanie się z zasadami bezpieczeństwa panującymi w zakładzie i ścisłe ich przestrzeganie.