Физическая основа метода

Метод основан на эффекте Зеебека: при наличии термического градиента между двумя различными проводниками, соединёнными в замкнутый электрический контур, возникает электродвижущая сила, определяемая:

Uтп = S * DT

где:

– Uтп – напряжение термопары (мкВ);

– S – термоэлектрическая сила (чувствительность) в мкВ/ С (для Cu-Constantan 40 мкВ/ С);

– DT – разность температур между холодным и горячим спаем.

Если “холодный спай” размещён в контролируемом температурном отсеке или компенсируется электронным способом (через электронную “холодную точку”), то значение Uтп напрямую указывает температуру точки “горячего” соединения (т.е. медного шинопровода в месте приварки).

Конструкция системы

Схема реализации представлена на следующем рисунке.

Рис. № 10. Термопарный способ непрерывного контроля температуры силовых медных электрических шинопроводов под нагрузкой

Термочувствительный узел

– Медная шина – основной токопроводящий элемент;

– Константановая проволока (или другой термоэлектрически активный сплав, например, хромель, нихром и т. д.);

– Точка сварки или пайки – электрический контакт двух металлов, формирующий термопару.

Снятие сигнала

– Проволока термопары соединена с усилителем высокой чувствительности (микровольтовый усилитель);

– В цепи установлен опторазвязанный буфер. Гальваническая развязка обеспечивает безопасность сигналов и исключает влияние высоковольтного фона или наводок от основного тока шины.

Методика установки

– Выбирается потенциально опасная зона шины: соединительно-монтажные узлы, края изгиба, зоны под возросшей нагрузкой.

– Поверхность меди зачищается (механически, химически) до чистого блеска, при необходимости обезжиривается.

– Константановая проволока диаметром 0,2–1 мм сваривается в одинарную точку с медной шиной точечной сваркой, капрониткой или аккуратной пайкой (без перекрытия медного прогона).

– Длина проволоки до усилителя выбирается не менее 0,5–1 м (для снижения электромагнитных помех).

– Монтаж производится с прижимом, в экранированном кабеле.

Преимущества метода

– Работает в условиях высокой электротоковой нагрузки – не мешает току;

– Не подвержен механическим смещениям, так как термопара выполнена методом сварки;

– Простой монтаж в полевых условиях;

– Не требует внешнего питания на чувствующий элемент;

– Быстрое обнаружение перегрева / нарушения контакта до точки выхода из строя.

Диагностические возможности

– Обнаружение локального нагрева свыше порогового значения (например, свыше +70…+90  C);

– Раннее выявление дефектных ветвей шин до «горячих» аварий;

– Статистический контроль старения системы;

– Формирование аварийных извещений при быстром росте температуры;

– Возможность мониторинга в реальном времени.

Заключение

Способ непрерывного контроля температуры медных шин с использованием термопары «медь-константан» реализует высокочувствительный, дешевый и надёжный метод профилактической диагностики тепловых аномалий под рабочей нагрузкой. Он легко внедряется в протяжённую шинную систему и не вызывает нарушения её электрических характеристик. Внедрение данной технологии уменьшает риски перегрева, снижает аварийность и удлиняет срок службы оборудования.

Примечание

Более подробная информация о способе, а также сведения о экспериментальных работах, этапах опытно-конструкторских разработок и вариантах практического применения представлены в авторском исследовательском проекте: **Вихри Хаоса – Инновационный шторм идей и экспериментов в науке и технике**.

Официальный ресурс: [https://vihrihaosa.ru]