СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ Российский патент 2015 года по МПК G01R31/02 

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для определения остаточного ресурса электрической проводки (ОРЭП).

Известен способ диагностики состояния изоляции электрической проводки (ЭП), реализованный в приборе MIC - 1000, при котором измеряют электрическое сопротивление изоляции при постоянном токе, целостность цепей испытательным током, коэффициент абсорбции, то есть увлажненность изоляции и коэффициент поляризации, то есть степень старения изоляции, необходимые для контроля состояния ЭП (Измерение параметров изоляции. [Электронный ресурс] / Компания Сонэл: наша библиотека: испытания. - Электрон. дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://www.sonel.ru/ru/biblio/measurement/measurement_mic. - Загл. с экрана).

Основным недостатком этого способа является отсутствие возможности прогнозирования ОРЭП на разных этапах эксплуатации в различных условиях температуры и влажности, так как при реализации способа невозможно достоверно установить дифференциальный ток утечки на землю, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания устройства защитного отключения (УЗО); сопротивление заземляющих устройств и ожидаемый ток короткого замыкания (КЗ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ контроля ОРЭП, реализованный в приборе MPI - 525, при котором измеряют переходные сопротивления контактов и проводников, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания УЗО, полное сопротивление линии и контура, сопротивление заземляющих устройств и ожидаемый ток КЗ (MPI-525 Измеритель параметров электробезопасности электроустановок [Электронный ресурс] / Компания Сонэл: приборы электроизмерительные многофункциональные. - Электрон. дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://www.sonel.ru/ru/products/multimeter/detail.php?id4=243. - Загл. с экрана).

Основным недостатком этого способа является невысокая точность определения ОРЭП вследствие отсутствия возможности адекватного определения ОРЭП в годах, так как при осуществлении способа не производят измерение дифференциального тока утечки на землю, коэффициента абсорбции и коэффициента поляризации.

Предложенным изобретением решается задача повышения точности определения ОРЭП вследствие обеспечения возможности адекватного определения ОРЭП в годах.

Для решения поставленной задачи в способе определения ОРЭП, при котором измеряют переходные сопротивления контактов и проводников, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания устройства защитного отключения, полное сопротивление линии и контура, сопротивление заземляющих устройств и ожидаемый ток короткого замыкания, согласно изобретению измеряют дифференциальный ток утечки на землю, коэффициент абсорбции и коэффициент поляризации, используют измеренные параметры для формирования аппаратурных влияющих факторов (АВФ) в системе нечеткой логики (СНЛ), нормализуют четкие АВФ для приведения к одному диапазону их изменения по формуле:

где K_{asc_izm} - значение АВФ, приведенное к диапазону от - 50 до 50, которое вводят в СНЛ;

K_{asc_izm_p} - измеренное значение АВФ;

Z_max - максимальная граница изменения АВФ;

Z_min - минимальная граница изменения АВФ,

и настраивают диапазон изменения ОРЭП в СНЛ таким образом, что в конце скрипта conc.m с учетом функции округления round устанавливают следующую зависимость между ОРЭП, текущим значением ОРЭП и значениями ОРЭП при наихудших и наилучших значениях АВФ с учетом максимального срока службы ЭП:

где Q - ОРЭП;

Т - максимальный срок службы ЭП, лет;

Q_тек - текущее значение ОРЭП;

Q_min и Q_max - значения ОРЭП, соответственно, при наихудших и наилучших значениях АВФ.

Обеспечение возможности адекватного определения ОРЭП в годах основано на следующем:

- введение диагностических параметров (ДП) электропроводки, влияющих на ОРЭП, и которые, соответственно, необходимо измерять;

- использование разработанной СНЛ для определения ОРЭП в годах, по результатам работы которой можно выдавать рекомендации по эксплуатации ЭП. При этом необходимо, во-первых, осуществить переход от ДП к АВФ (таблица 2), которые должны непосредственно вводиться в СНЛ. АВФ формируют на основе ДП и характеризуют каждую конкретную электропроводку. Для АВФ необходимо учесть ограничения, связанные с техническими характеристиками измерительных приборов, например измеряемыми параметрами, диапазоном, разрешением, погрешностью, с конкретным электрооборудованием в электропроводке, например предохранителями, автоматическими выключателями, магнитными пускателями, и с нормативно-технической документацией;

- введение для СНЛ перехода от состояния электропроводки в трех заранее известных точках по времени эксплуатации, например 0, 30 лет, и текущее время, характеризующее состояние ЭП по результатам инструментального контроля, к определению ОРЭП в годах. При этом допускают, что в начале эксплуатации ЭП, условно 0 лет, все АВФ имеют наилучшее значение, а в конце эксплуатации, например 30 лет, - наихудшее значение;

- введение технических средств, реализующих способ и необходимых для контроля ОРЭП, при ограничениях, связанных с техническо-экономическими характеристиками измерительных приборов.

Предложенное изобретение поясняется чертежами, где представлены на фиг.1 - разработанная иерархическая структурная схема СНЛ для определения ОРЭП; на фиг.2 - кинетическая модель F(t) старения и разрушения ЭП производственного объекта в зависимости от времени эксплуатации; на фиг.3 - зависимость ОРЭП от влияющего фактора XI в терминах нечеткой логики, составленная на основе фиг.2, зависимости ОРЭП от влияющих факторов Х2 и Х7 в терминах нечеткой логики аналогичны; на фиг.4 - усредненная зависимость ОРЭП от сопротивления ее изоляции, влияющие факторы Х3, Х4, Х5, Х6; на фиг.5 - усредненная зависимость ОРЭП от сопротивления изоляции электропроводки в терминах нечеткой логики, влияющие факторы Х3, Х4, Х5, Х6; на фиг.6 - усредненная зависимость ОРЭП от коэффициента поляризации; на фиг.7 - усредненная зависимость ОРЭП от коэффициента абсорбции; на фиг.8 - усредненная зависимость ОРЭП от коэффициента поляризации в терминах нечеткой логики, влияющий фактор Х9, усредненная зависимость ОРЭП от влияющего фактора Х8 в терминах нечеткой логики аналогична; на фиг.9 - усредненная зависимость ОРЭП от коэффициента абсорбции в терминах нечеткой логики, влияющий фактор X10; на фиг.10 - нечеткий логический вывод СНЛ для определения ОРЭП; на фиг.11 - порядок определения ОРЭП; а также поясняются таблицей 1, в которой приведено обоснование необходимости учета влияющих факторов при создании СНЛ; таблицей 2, в которой представлена совокупность влияющих факторов для оценки ОРЭП и приборы для измерения; таблицей 3, в которой представлена нечеткая база знаний для моделирования переменной Y1 в соответствии с фиг.1 и таблицей 2; таблицей 4, в которой представлена нечеткая база знаний для моделирования остаточного ресурса Q ЭП в соответствии с фиг.1 и таблицей 2; таблицей 5, в которой представлена нечеткая база знаний для моделирования переменной Y2 в соответствии с фиг.1 и таблицей 2; таблицей 6, в которой представлена нечеткая база знаний для моделирования переменной Y3 в соответствии с фиг.1 и таблицей 2; таблицей 7, в которой представлены результаты работы СНЛ по определению ОРЭП.

На фигуре 1 дополнительно обозначено следующее:

- N - нормализатор;

- X1-X10 - входные переменные, то есть АВФ;

- Y1-Y3- промежуточные переменные;

- F_Y1, F_Y2, F_Y3, F_Q - свертки АВФ, осуществляемые посредством логического вывода по нечетким базам знаний - нетерминальные вершины, то есть связь между входными и промежуточными переменными;

- Q - выходная переменная - ОРЭП.

На фигуре 2 дополнительно обозначено следующее:

- 1 - период приработки;

- 2 - период стабилизации;

- 3 - период разрушения.

На фигуре 3 дополнительно обозначено следующее:

- утолщенной линией с точкой показан ОРЭП в годах;

- полиноминальная аппроксимация представленной зависимости;

- Н - низкое значение (в четких числах - 50) АВФ X1, Х2, Х7 (на графике - X1);

- НС - значение АВФ ниже среднего (в четких числах - 25) X1, Х2, Х7 (на графике - X1);

- С - значение среднее (в четких числах 0) АВФ X1, Х2, Х7 (на графике - X1);

- ВС - значение выше среднего (в четких числах 25) АВФ X1, Х2, Х7 (на графике - X1);

- В - высокое значение (в четких числах 50) АВФ X1, Х2, Х7 (на графике - X1).

На фигуре 4 дополнительно обозначено следующее:

- утолщенной линией с точкой показан ОРЭП в годах;

- полиноминальная аппроксимация представленной зависимости;

- на оси абсцисс приведены значения сопротивления изоляции, МОм;

- на оси ординат приведены значения ОРЭП в годах.

На фигуре 5 дополнительно обозначено следующее:

- утолщенной линией с точкой показан ОРЭП в годах;

- полиноминальная аппроксимация представленной зависимости;

- Н - низкое значение (в четких числах -50) АВФ Х3, Х4, X5, Х6;

- НС - значение ниже среднего (в четких числах - 25) АВФ Х3, Х4, X5, Х6;

- С - значение среднее (в четких числах 0) АВФ Х3, Х4, X5, Х6;

- ВС - значение выше среднего (в четких числах 25) АВФ Х3, Х4, X5, Х6;

- В - высокое значение (в четких числах 50) АВФ Х3, Х4, X5, Х6.

На фигуре 6 дополнительно обозначено следующее:

- утолщенной линией с точкой показан ОРЭП в годах;

- полиноминальная аппроксимация представленной зависимости;

- на оси абсцисс приведены значения коэффициента поляризации;

- на оси ординат приведены значения ОРЭП в годах.

На фигуре 7 дополнительно обозначено следующее:

- утолщенной линией с точкой показан ОРЭП в годах;

- полиноминальная аппроксимация представленной зависимости;

- на оси абсцисс приведены значения коэффициента абсорбции;

- на оси ординат приведены значения ОРЭП в годах.

На фигуре 8 дополнительно обозначено следующее:

- утолщенной линией с точкой показан ОРЭП в годах;

- полиноминальная аппроксимация представленной зависимости;

- Н - низкое значение (в четких числах - 50) АВФ Х8, Х9;

- НС - значение ниже среднего (в четких числах - 25) АВФ Х8, Х9;

- С - значение среднее (в четких числах 0) АВФ Х8, Х9;

- ВС - значение выше среднего (в четких числах 25) АВФ Х8, Х9;

- В - высокое значение (в четких числах 50) АВФ Х8, Х9.

На фигуре 9 дополнительно обозначено следующее:

- утолщенной линией с точкой показан ОРЭП в годах;

- полиноминальная аппроксимация представленной зависимости;

- Н - низкое значение (в четких числах - 50) АВФ X10;

- НС - значение ниже среднего (в четких числах - 25) АВФ Х10;

- С - значение среднее (в четких числах 0) АВФ X10;

- ВС - значение выше среднего (в четких числах 25) АВФ Х10;

- В - высокое значение (в четких числах 50) АВФ X10.

На фигуре 10 дополнительно обозначено следующее:

- Х^*1-Х^*8 - реальные четкие АВФ, соответствующие конкретному зданию или сооружению, полученные измерениями с помощью приборов;

- Х^*9-Х^*10 - реальные нечеткие АВФ, соответствующие конкретному зданию или сооружению, полученные измерениями с помощью приборов;

- Н - низкое значение АВФ;

- НС - значение АВФ ниже среднего;

- BC - значение АВФ выше среднего;

- В - высокое значение АВФ;

- $$\tilde{X}$$ - вектор нечетких множеств, соответствующий входному вектору X*;

- $$\tilde{Q}$$ - результат логического вывода в виде вектора нечетких множеств;

- Q - выходной четкий вектор - остаточный ресурс электропроводки в годах;

1 - нормализатор;

2 - функции принадлежности;

3 - фаззификатор;

4 - машина нечеткого логического вывода;

5 - дефаззификатор и блок настройки СНЛ.

В таблице 2 дополнительно обозначено следующее:

- I_нтпв - номинальное значение тока плавкой вставки предохранителя;

- I_кз - ожидаемый ток однофазного КЗ;

- I_нтнр - номинальное значение тока нерегулируемого расцепителя автоматического выключателя с обратнозависимой от тока характеристикой;

- I_нтур - значение уставки по току срабатывания регулируемого расцепителя автоматического выключателя с обратнозависимой от тока характеристикой.

Способ определения ОРЭП осуществляется следующим образом.

Измеряют такие параметры электропроводки, как переходные сопротивления контактов и проводников, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания устройства защитного отключения, полное сопротивление линии и контура, сопротивление заземляющих устройств, ожидаемый ток короткого замыкания, дифференциальный ток утечки на землю, коэффициент абсорбции, коэффициент поляризации. Измеренные параметры используют для формирования АВФ в СНЛ. Нормализуют четкие АВФ для приведения к одному диапазону их изменения по формуле (1). Настраивают диапазон изменения ОРЭП в СНЛ таким образом, что в конце скрипта conc.m с учетом функции округления round устанавливают зависимость (2) между ОРЭП, текущим значением ОРЭП и значениями ОРЭП при наихудших и наилучших значениях АВФ с учетом максимального срока службы ЭП. В результате получают ОРЭП в годах.

СНЛ для определения ОРЭП разработана на основе таблицы 2, в которой приведены АВФ, использованные при создании СНЛ в пакете Fuzzy Logic Toolbox (Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику [Электронный ресурс] - Электрон, дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://agps-2006.narod.ru/konf/2003/sb-2003/sec-2/15.pdf. - Загл. с экрана.).

В таблице 2, описывающей влияющие факторы к фиг.1, АВФ X1 построен на основе отношений либо I_нтпв - номинального значения тока плавкой вставки предохранителя, либо I_нтнр - номинального значения тока нерегулируемого расцепителя автоматического выключателя с обратнозависимой от тока характеристикой, либо I_нтур - значения уставки по току срабатывания регулируемого расцепителя автоматического выключателя с обратнозависимой от тока характеристикой к I_КЗ - ожидаемому току однофазного КЗ, которое измеряют прибором MPI-525, а АВФ Х2 построен на основе отношения верхнего значения тока срабатывания мгновенно действующего расцепителя (отсечки) к I_КЗ, поскольку в этом случае перечисленные АВФ формируются на основе ДП и наилучшим образом характеризуют каждую конкретную электропроводку.

С учетом изложенного в таблице 2 АВФ X1 не должен быть больше 1/3; АВФ Х2 не должен быть больше 1/1,1; АВФ Х3-Х6, которые измеряют прибором MPI-525, не должны быть меньше 500 кОм; АВФ Х7, который измеряют прибором MPI-525, в электроустановках согласно ПТЭЭП (ПТЭЭП 2003. [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., [2013]. - Режим доступа: http://www.megaomm.ru/prilozhenie-3.1.-tabliczyi-1-38.html. - Загл. с экрана) должен быть при линейных напряжениях 380 В с глухозаземленной нейтралью соответственно не более 4 Ом источника трехфазного тока и напряжениях 220 В источника однофазного тока. При этом учитывают суммарное сопротивление контактов на основе переходных сопротивлений контактов и проводников (измерение током 7 мА или 200 мА).

Согласно таблице 2 АВФ Х8 определяют прибором Prova СМ-07 (Постоянного тока/переменного тока клещи [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://ru.aliexpress.com/item/Free-Shipping-CM-07-TRMS-DC-AC-Clamp-Meter/245371919.html. - Загл. с экрана), АВФ Х9-Х10 - согласно таблице 2 определяют прибором MIC-1000. При отсутствии каких-либо данных по АВФ Х1-Х10 для четких факторов выбирают 0 или С (после нормализатора), для нечетких факторов - среднее значение от диапазона, а при наличии нескольких значений для каждого из АВФ X1-Х10 в качестве влияющего фактора принимают наихудшее значение в смысле влияния на ОРЭП.

В таблице 2 обозначения в скобках вида (Н, -50), (С, 0), (В, 50) соответствуют вводимым в СНЛ термам (Н - низкий, С - средний, В - высокий), либо соответствующим им числам (-50, 0, 50), поскольку допускается и то и другое. Кроме того, для АВФ Х3-Х6 при значениях от 0,5 МОм до 1,72 МОм принимают значение 1,72 МОм, при значениях от 22,7 МОм и выше принимают значение 22,7 МОм.

Связь F между входными переменными X_j и выходными переменными Y, Q (фиг.1) описывается системой соотношений:

Соотношения с (3) по (7) соответствуют базе, состоящей из логических высказываний о взаимодействии входных X_i и выходных переменных Y₁, Y₂, Y₃, Q.

При разработке баз знаний использованы:

- известная кинетическая модель старения и разрушения ЭП производственного объекта в зависимости от времени эксплуатации (фиг.2);

- полученные в результате экспериментальных исследований усредненные зависимости изменений сопротивления изоляции ЭП от срока ее эксплуатации, коэффициента поляризации ЭП от срока ее эксплуатации, коэффициента абсорбции от срока эксплуатации ЭП.

При переходе от упомянутых зависимостей к зависимостям в терминах нечеткой логики производились:

- инверсия исходных данных по оси времени, например, вручную, переносом в таблице исходных данных наименьшего времени на место набольшего, второго по величине времени - на место предпоследнего, чем осуществлялся переход от времени эксплуатации ЭП к остаточному ресурсу, поскольку срок эксплуатации ЭП и ее остаточный ресурс обратно зависимы;

- инверсия осей - ОРЭП располагался по оси ординат, а старение ЭП - АВФ X1, Х2, X1, сопротивления ее изоляции - АВФ Х3, Х4, Х5, Х6, дифференциальный ток утечки на землю - АВФ Х8, коэффициент поляризации - АВФ Х9, коэффициент абсорбции -АВФ X10 - располагались по оси абсцисс;

- замена имеющегося числа точек с четкими данными по осям в исходных зависимостях на пять точек средствами редактора Excel;

- замена получаемых пяти точек с четкими данными по осям в исходных зависимостях на пять нечетких точек: Н - низкое, НС - ниже среднего, С - среднее, BC - выше среднего, В - высокое значение АВФ средствами редактора Paint.

В кинетической модели F(t) старения и разрушения ЭП производственного объекта в зависимости от времени эксплуатации, представленной на фиг.2, выделяют три характерных периода. В первый начальный период эксплуатации - период приработки - функция F(t) возрастает монотонно по экспоненте. При этом в конце первого периода происходит замедление роста и наступает второй период, период стабилизации, когда функция F(t) становится почти линейной - наблюдается стабильная интенсивность старения ЭП с постоянной скоростью. В третьем периоде, периоде разрушения, по мере накопления кинетических повреждений скорость разрушения начинает увеличиваться и возрастает вплоть до полного разрушения - отказа. Прогнозирование ОРЭП можно осуществлять на основе использования математической модели функции F(t).

При разработке базы знаний для моделирования переменной Y1 (таблица 3) учтено, что кинетическая модель старения и разрушения ЭП производственного объекта в зависимости от времени эксплуатации имеет вид согласно фиг.2, что в термах нечеткой логики представлено на фиг.3.

Нечеткая база знаний для моделирования переменной Y1 (таблица 3) составлена на основе фиг.3, поскольку Y1 описывает изменение ОРЭП от сопротивления проводникового материала ЭП - АВФ X1, Х2, Х7.

На основе экспериментальных исследований преобразованы данные по усредненной зависимости сопротивления изоляции ЭП от срока ее эксплуатации к виду по фиг.4. Фиг.4 представлена в термах нечеткой логики в виде фиг.5.

Нечеткая база знаний для моделирования переменной Y2 (таблица 5) составлена на основе фиг.5, поскольку Y2 описывает изменение ОРЭП от сопротивления изоляции ЭП - АВФ Х3, Х4, Х5, Х6.

На основе экспериментальных исследований преобразованы также данные по усредненной зависимости коэффициентов поляризации и абсорбции ЭП к виду, соответственно, по фиг.6 и 7.

Для нечеткой базы знаний для моделирования переменной Y3 принята зависимость по фиг.8 - АВФ Х8, Х9, поскольку он отражает ОРЭП, обусловленный изменением коэффициента поляризации, и по фиг.9 - АВФ X10, поскольку он отражает ОРЭП электропроводки, обусловленный изменением коэффициента абсорбции (таблица 6). АВФ Х8 и Х9 приняты одинаковыми, поскольку обе они отражают ОРЭП, обусловленный старением изоляции ЭП.

Для нечеткой базы знаний для моделирования выходной переменной Q принята линейная зависимость передачи данных с входа на выход в связи с тем, что она формирует ОРЭП (таблица 4). Ее отличие от баз знаний по таблице 3, по таблице 5 и по таблице 6 в том, что она сформирована на основе логической функцией «И» и содержит минимально полный набор логических высказываний, необходимых для реализации функций «И» - 47 значений.

Разработанная нечеткая база знаний о влиянии факторов X1, X10 на значение параметров Y1, Y2, Y3 (таблица 3, таблица 5, таблица 6) на основе известных соотношений представлена в более общем виде (Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://agps-2006.narod.ru/konf/2003/sb-2003/sec-2/15.pdf. - Загл. с экрана.):

где $$a_i^{jp}$$ - нечеткий терм, которым оценивается переменная X_i в строчке с номером jp;

k_j - количество строчек-конъюнкций, в которых выход Y оценивается нечетким термом;

d_j - в разработанной СНЛ по фиг.1 количество строчек-конъюнкций k_j=5, $$j=\overline{\mathrm{1,}m}$$ ;

m - количество термов, используемых для лингвистической оценки выходного параметра;

Y - в разработанной СНЛ по фиг.1 количество термов, используемых для лингвистической оценки выходного параметра, m=5;

n=10 - число влияющих факторов к фиг.1.

Уравнению (8) соответствуют нечеткие логические выражения, связывающие функции принадлежности нечетких термов входных и выходных переменных. То есть степень принадлежности $${\mu }^{d_j}\left(X*\right)$$ конкретного входного вектора $$X*=\{X_1^{*},\dots ,X_n^{*})$$ нечетким термам d_j из базы знаний (8) на основе известных соотношений представляется в виде:

При работе системы по фиг.1 нечеткое множество $$\tilde{Q}$$ , соответствующее входному вектору X^*, определяется на основе соотношения:

где U - операция объединения нечетких множеств;

$${\mu }^{d_j}\left(Q\right)$$ - функция принадлежности выхода Q нечеткому терму d_j, $$j=\overline{\mathrm{1,}m.}$$

Четкое значение выхода Q, соответствующее входному вектору X^*, определяется в результате дефаззификации нечеткого множества $$\tilde{Q}$$ . Применяется известная дефаззификация по методу центра тяжести:

где $${\mu }_{\tilde{Q}}(Q)$$ - степень принадлежности выходного вектора $$\tilde{Q}$$ его нечетким термам,

Q - ОРЭП, то есть выходная переменная, по фиг.1.

На основе изложенного нечеткий логический вывод СНЛ для определения ОРЭП приведен на фиг.10.

В соответствии с предложенной моделью для определения ОРЭП преобразование информации от АВФ Х1-Х10 в ОРЭП Q по фиг.1, фиг.10, таблицам 3-6 осуществляется следующим образом:

- производятся измерения на объекте АВФ;

- АВФ Х^*1, Х^*2, Х^*7, Х^*3, Х^*4, Х^*5, Х^*6, Х^*7, Х^*8 пропускают через разработанный соответствующий нормализатор;

- из значений АВФ X^*1-Х^*10 формируется матрица соответствующих значений Х^*1-Х^*10 строки

conc (Х^*1, Х^*2, Х^*7, Х^*3, Х^*4, Х^*5, Х^*6, Х^*8, Х^*9, Х^*10);

- в командном окне Matlab запускают на исполнение программу conc.m и с использованием функций принадлежности, предварительно подобранных для каждой АВФ X1, Х2, Х7, Х3, Х4, Х5, Х6, Х8, Х8, Х10 в FuzzyLogic системы Matlab, с участием ее компонентов - фаззификатора, машины нечеткого логического вывода, дефаззификатора, разработанных нечетких баз знаний (таблицы 3-6), также предварительно введенных в FuzzyLogic, и разработанного блока настройки системы нечеткой логики, размещенного в конце функции conc.m, в результате нечеткого логического преобразования АВФ Х^*1, Х^*2, X^*7, X^*3, X^*4, X^*5, X^*6, X^*8, X^*9, X^*10 в командном же окне Matlab на основе соотношений (3)-(11) получают ОРЭП, в годах.

Так как разработанная в пакете Fuzzy Logic программы Matlab СНЛ (фиг.1) спроектирована на работу с АВФ X1-Х10 в диапазоне от -50 до 50 в процентах отклонения от номинального значения АВФ (Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://agps-2006.narod.ru/konf/2003/sb-2003/sec-2/15.pdf. - Загл. с экрана.), а измеренные значения четких АВФ согласно таблице 2 изменяются в различных пределах, то целесообразно использовать дополнительный m-файл - нормализатор (скрипт).

Нормализатор предназначен для перевода измеренных четких АВФ с различными пределами изменений в диапазон от -50 до 50 для работы с пакетом Fuzzy Logic программы Matlab.

Нормализатор представляет собой программу. Вычисления в нормализаторе производятся по следующей формуле для диапазона изменения АВФ от -50 до 50:

где _{Kasc_izm} - значение АВФ, приведенное к диапазону от -50 до 50, которое вводится в СНЛ,

K_{asc_izm_р} - измеренное прибором значение АВФ,

Z_min - минимальная граница изменения АВФ,

Z_max - максимальная граница изменения АВФ.

В связи с тем, что исходная информация распределена, как правило, по случайному закону, для лингвистической оценки этой переменной используют 5 термов модификации стандартной функции распределения - qgaussmf, которая позволяет использовать четкие и нечеткие входные величины. Для этого в каталоге создаваемой СНЛ должны присутствовать файлы qgaussmf, evalfis_vv и qual_inp_gauss (Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://agps-2006.narod.ru/konf/2003/sb-2003/sec-2/15.pdf. - Загл. с экрана.)

Нечеткий вывод осуществляется функцией conc.m, представляющей собой программу, управляющую работой всей СНЛ для ОРЭП.

Для того чтобы величину ОРЭП представить в годах, проведена настройка СНЛ, включающая следующие действия.

При наихудших значениях АВФ результатом Q_min работы СНЛ по определению ОРЭП будет, например:

При наилучших значениях АВФ результатом Q_max работы СНЛ по определению ОРЭП будет, например:

Так как полученные минимальное и максимальное значения ОРЭП отличаются от требуемого значения, например, 0 лет и 30 лет, (Кабельно-проводниковая продукция [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://www.simenergo.ru/1docs/electroteh/part1.pdf. - Загл. с экрана), то выражение для нормирования, то есть приведения к нижней границе ОРЭП, в конце скрипта conc.m находим в виде:

где Q_тек - текущее значение ОРЭП;

Q - ОРЭП.

При этом в выражении (15) при нижней границе диапазона ОРЭП будет сформировано Q=0, а при верхней границе диапазона остаточного ресурса будет сформировано некоторое Q, которое будет отличаться от требуемого максимально значения ОРЭП при Q_max=30 лет.

Следовательно, необходимо умножить выражение (15) для Q на соответствующий коэффициент x и приравнять к максимальному сроку службы электропроводки:

То есть:

Окончательно выражение в конце скрипта conc.m с учетом функции округления round вносим в виде:

или обобщенно - в виде зависимости (2).

Порядок определения ОРЭП сводится к выполнению нижеследующих действий в заданной последовательности.

1. Разрабатывают СНЛ, например, на основе Fuzzy Logic пакета Matlab (Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://agps-2006.narod.ru/konf/2003/sb-2003/sec-2/15.pdf. - Загл. с экрана.), входными параметрами которой являются АВФ, а выходным параметром - число - ОРЭП, выраженный в годах.

2. Выбирают параметрами скрипта, то есть m-файла, управляющего работой СНЛ, наихудшие значения АВФ.

3. В командном окне Matlab получают число, которому путем настройки скрипта, присваивают минимально возможное значение ОРЭП, например, 0 лет.

4. Параметрами скрипта, управляющего работой СНЛ, выбирают наилучшие значения АВФ.

5. В командном окне Matlab получают число, которому путем настройки скрипта, присваивают максимально возможное значение ОРЭП, например, 30 лет, полагая, что электропроводка выполнена из алюминия.

6. Выбирают параметрами скрипта, управляющего работой СНЛ, средние возможные с точки зрения качества электропроводки АВФ.

7. В командном окне Matlab получают число, по которому проверяют получение среднего значения ОРЭП, например, 15 лет.

8. Определяют реальные АВФ Х^*1-Х^*10, соответствующие, например, конкретному объекту, путем измерения; нормализуют четкие АВФ Х^*1, Х^*2, Х^*7, Х^*3, Х^*4, Х^*5, Х^*6, Х^*7, Х^*8 для приведения к одному диапазону их изменения, пропуская через нормализаторы, написанные для каждого четкого АВФ отдельно.

9. Параметрами скрипта, управляющего работой системы нечеткой логики, выбирают реальные АВФ, то есть набирают в командном окне Matlab: conc (X^*1, Х^*2, Х^*7, Х^*3, Х^*4, Х^*5, Х^*6, Х^*8, Х^*9, Х^*10), где вместо Х^*1, Х^*2, Х^*7, Х^*3, Х^*4, Х^*5, Х^*6, Х^*8, Х^*9, Х^*10 подставляют реальные АВФ, нормализованные и не нормализованные.

10. В командном окне Matlab получают число, которое принимают за реальное значение ОРЭП, например 12 лет.

Действия с 1 по 3 выполняют один раз перед началом производства расчетов. Действия с 4 по 7 выполняют один или несколько раз, настраивая СНЛ с учетом максимально допустимого срока службы электропроводки (Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России: РД 09.102-95 [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., 2013. - Режим доступа: - http://snipov.net/c_4653_snip_96682.html. - Загл. с экрана) для каждого конкретного здания или сооружения. Если все обследуемые объекты имеют одинаковый максимально допустимый срок службы электропроводки (Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России: РД 09.102-95 [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., 2013. - Режим доступа: - http://snipov.net/c_4653_snip_96682.html. - Загл. с экрана), то действия с 4 по 7 также выполняют один раз.

Действия с 8 по 10 выполняют столько раз, сколько объектов, то есть зданий, сооружений, обследуется.

В результате выполнения действия 10 в командном окне Matlab получают значение ОРЭП, на основе которого экспертно принимают решение о продолжительности эксплуатации до замены или капитального ремонта электропроводки обследуемого объекта.

Пример представления результатов модельных экспериментов по определению ОРЭП.

Максимальный ОРЭП принят равным 30 лет согласно пункта 5.2.6. ГОСТ Р53769-2010 (ГОСТ Р53769-2010. Электропроводки зданий. [Текст]. - Введ. 2010-02-09. - М.: Изд-во стандартов, 1997. - IV, 34 с.).

Срок службы электропроводки должен быть указан в технических условиях применительно к конкретным маркам провода и должен быть выбран из ряда: 25, 30 и 35 лет в зависимости от использованных проводниковых и изоляционных материалов.

Результаты работы СНЛ на примере произвольных данных, соответствующих диапазонам измерений АВФ по таблице 2, представлены в таблице 7. Командная строка conc.m сформирована из столбца «значения АВФ, приведенные с помощью нормализатора», и имеет вид:

conc (50, 10, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 10, 10).

В командном окне Matlab получают результат работы СНЛ ОРЭП.

По результатам работы СЛ в FuzzyLogic программы Matlab можно сделать вывод, что электропроводка находится в хорошем состоянии и ее остаточный ресурс составляет 16,5 лет.

Результаты модельных экспериментов по определению ОРЭП подтвердили:

- максимальный (30 лет), минимальный (0 лет), и средний (15 лет) ОРЭП;

- высокую чувствительность системы нечеткого моделирования к изменению АВФ: до 2,5% изменения ОРЭП.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет точно определить ОРЭП на основе того, что измеряют переходные сопротивления контактов и проводников, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания УЗО, полное сопротивление линии и контура, сопротивление заземляющих устройств, ожидаемый ток КЗ, дифференциальный ток утечки на землю, коэффициент абсорбции и коэффициент поляризации. Измеренные параметры используют для формирования АВФ в СНЛ, нормализуют четкие АВФ для приведения к одному диапазону их изменения и настраивают диапазон изменения ОРЭП в СНЛ.

Таблица 1 Обоснование необходимости учета влияющих факторов при создании системы нечеткой логики Влияющие диагностические параметры (ДП), контролируемые измерительными приборами Обоснование необходимости учета ДП Переходные сопротивления контактов и проводников Плохой контакт в ЭП может привести перегреву расположенного вблизи участка ее изоляции, установочного электрооборудования, проводникового материала, что ограничивает ОРЭП. Полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания Сопротивления изоляции цепей фаза - ноль, фаза - фаза или фаза - защитный проводник изменяется в процессе эксплуатации ЭП, влияя тем самым на ОРЭП. Дифференциальный ток утечки на землю Несоответствие значений дифференциального тока утечки рекомендуемым приводит к возможности поражения людей и животных (30 мА), к пожарам (100 мА), а следовательно, к снижению ОРЭП. Полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания УЗО Сопротивления цепи фаза - защитный проводник изменяется в процессе эксплуатации электропроводки, влияя тем самым на ОРЭП. Полное сопротивление линии и контура Сопротивление проводникового материала линии и контура определяет качество электропроводки. Чем выше это сопротивление, тем меньше ОРЭП. Сопротивление заземляющих устройств Большое сопротивление заземляющего устройства приведет к длительной задержке времени отключения нагрузки автоматическими выключателями и предохранителями, а следовательно, к уменьшению ОРЭП. Ожидаемый ток КЗ ЭП может не отключиться и при наличии защиты из-за большого сопротивления до места КЗ, и ток КЗ может быть недостаточен для срабатывания защиты. Большой ток КЗ приводит к нагреву изоляции, ухудшению ее свойств и к сокращению ОРЭП. Коэффициент абсорбции Коэффициент абсорбции K_абс лучше всего определяет увлажнение изоляции и вычисляется по известной формуле. Если K_абс<1,25 - изоляция является несоответствующей, если _Kабс<1,6 - хорошей, если K_абс>1,6 - превосходной. Коэффициент поляризации Коэффициент поляризации (K_пол) характеризует ток сильно замедленных поляризаций (связанных с изменением структуры диэлектрика) и вычисляется по известной формуле. Если K_пол<1 - изоляция является опасной; если K_пол=1…4 - нормальной; если K_пол>4 - превосходной.

Таблица 2 Совокупность влияющих факторов для оценки остаточного ресурса электропроводки и приборы для измерения Обозначение АВФ Описание АВФ [диапазоны АВФ, измеряемых (Х3-X10) приборами МГС-1000, MPI-525, Prova СМ-07 и вычисляемых (X1, Х2) на основе измерений] N Нормализатор X1 В зависимости от конкретного исполнения электропроводки - либо I_нтпв/I_КЗ, Либо I_нтнр/I_КЗ, Либо I_нтур/I_КЗ (от 1/3 до 0) Х2 Отношение верхнего значения тока срабатывания мгновенно действующего расцепителя (отсечки) к ожидаемому току однофазного КЗ (от 1/1,1 до 0) Х3 Полное сопротивление изоляции цепи фаза - ноль без отключения источника питания (от 1,72 МОм до 22,7 МОм) Х4 Полное сопротивление изоляции цепи фаза - фаза без отключения источника питания (от 1,72 МОм до 22,7 Мом) Х5 Полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания от (1,72 МОм до 22,7 МОм) Х6 Полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания УЗО (от 1,72 МОм до 22,7 МОм) Х7 Сопротивление заземляющих устройств [от 0,01 Ом до 4 Ом в электроустановках 380/220 В (меньшие значения X7 соответствуют более высокому качеству электропроводки)] Х8 Дифференциальный ток утечки на землю (от 0 до 30 мА) Х9 Качество изоляции по коэффициенту поляризации [изоляция: плохая (Н, -50), хорошая (С, 0) и превосходная (В, 50)] X10 Качество изоляции по коэффициенту абсорбции [изоляция: плохая (Н, -50), хорошая (С, 0) и превосходная (В, 50)] Y1, Y2, Y3 Промежуточные переменные - промежуточные корни дерева Q Выходная переменная - корень дерева - остаточный ресурс электропроводки

Таблица 3 Нечеткая база знаний для моделирования переменной Y1 в соответствии с фиг.1 и таблицей 2 X1 Х2 Х7 Y1 Весовой коэффициент соответствующего правила Н Н Н В 1 НС НС НС С 1 С С С С 1 ВС ВС ВС НС 1 В В В Н 1 Примечание - значения влияющих факторов связаны логической функцией ИЛИ

Таблица 4 Нечеткая база знаний для моделирования остаточного ресурса Q электропроводки в соответствии с фиг.1 и таблицей 2   Y1 Y2 Y3 Q   Y1 Y2 Y3 Q 1 Н Н Н Н 25 ВС В ВС ВС 2 НС НС НС НС 26 ВС ВС В ВС 3 С С C C 27 ВС В B В 4 ВС ВС ВС ВС 28 В ВС B В 5 В B B B 29 В В ВС B 6 НС H H H 30 С B B B 7 Н НС H H 31 В C B B 8 Н H НС H 32 В B C B 9 С H H НС 33 НС B B ВС 10 Н C H НС 34 В НС B ВС 11 Н H C НС 35 В B НС ВС 12 ВС H H НС 36 Н B B ВС 13 Н ВС H НС 37 В H B ВС 14 Н H ВС НС 38 В B H ВС 15 В H H НС 39 С ВС ВС ВС 16 Н B H НС 40 ВС C ВС ВС 17 Н H B НС 41 ВС ВС C ВС 18 С НС НС НС 42 НС C C C 19 НС C НС НС 43 C НС C C 20 НС НС C НС 44 C C НС C 21 ВС C C C 45 H НС НС НС 22 C ВС C C 46 НС H НС НС 23 C C ВС C 47 НС НС H НС 24 В ВС ВС ВС           Примечание - значения влияющих факторов связаны логической функцией И, весовой коэффициент соответствующего правила равен 1

Таблица 5 Нечеткая база знаний для моделирования переменной Y2 в соответствии с фиг.1 и таблицей 2 Х3 Х4 Х5 Х6 Y2 Весовой коэффициент соответствующего правила В В В B В 1 ВС ВС ВС ВС ВС 1 C С C C ВС 1 НС НС НС НС С 1 H Н H H H 1 Примечание - значения влияющих факторов связаны логической функцией ИЛИ

Таблица 6 Нечеткая база знаний для моделирования переменной Y3 в соответствии с фиг.1 и таблицей 2 Х8 Х9 Х10 Y3 Весовой коэффициент соответствующего правила В В В В 1 ВС ВС ВС ВС 1 С С С ВС 1 НС НС НС С 1 Н Н Н Н 1 Примечание - значения влияющих факторов связаны логической функцией ИЛИ

Таблица 7 Результаты работы системы нечеткой логики по определению остаточного ресурса электропроводки Обозначение АВФ по таблице 2 Значения АВФ, приведенные с помощью нормализатора ОРЭП, полученный с помощью системы нечеткой логики, лет X1 50 16,5 Х2 10 Х3 0 Х4 0 Х5 0 Х6 0 Х7 0 Х8 0 Х9 10 Х10 10

Изобретение предназначено для использования в технике электрических измерений. Сущность: измеряют переходные сопротивления контактов и проводников, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания устройства защитного отключения, полное сопротивление линии и контура, сопротивление заземляющих устройств, ожидаемый ток короткого замыкания, дифференциальный ток утечки на землю, коэффициент абсорбции и коэффициент поляризации. Используют измеренные параметры для формирования аппаратурных влияющих факторов в системе нечеткой логики. Нормализуют четкие аппаратурные влияющие факторы для приведения к одному диапазону их изменения. Настраивают диапазон изменения остаточного ресурса электропроводки в системе нечеткой логики таким образом, что в конце скрипта conc.m с учетом функции округления round устанавливают зависимость между остаточным ресурсом электропроводки, текущим значением остаточного ресурса электропроводки и значениями остаточного ресурса электропроводки при наихудших и наилучших значениях аппаратурных влияющих факторов с учетом максимального срока службы электрической проводки. Технический результат: повышение точности определения остаточного ресурса электропроводки. 7 табл., 10 ил.

Способ определения остаточного ресурса электропроводки, при котором измеряют переходные сопротивления контактов и проводников, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания устройства защитного отключения, полное сопротивление линии и контура, сопротивление заземляющих устройств и ожидаемый ток короткого замыкания, отличающийся тем, что измеряют дифференциальный ток утечки на землю, коэффициент абсорбции и коэффициент поляризации, используют измеренные параметры для формирования аппаратурных влияющих факторов в системе нечеткой логики, нормализуют четкие аппаратурные влияющие факторы для приведения к одному диапазону их изменения по формуле
$${{\displaystyle K}}_{asc\_izm}=\left(\left(\left({{\displaystyle Z}}_{\max }+{{\displaystyle Z}}_{\min }\right)/2\right)-{{\displaystyle K}}_{asc\_izm\_p}\right)\ast \left(-50/\left(\left(\left({{\displaystyle Z}}_{\max }+{{\displaystyle Z}}_{\min }\right)/2\right)-{{\displaystyle Z}}_{\min }\right)\right),$$
где $${{\displaystyle K}}_{asc\_izm}$$ - значение аппаратурного влияющего фактора, приведенное к диапазону от -50 до 50, которое вводят в систему нечеткой логики;
$${{\displaystyle K}}_{asc\_izm\_p}$$ - измеренное значение аппаратурного влияющего фактора;
Z_max - максимальная граница изменения аппаратурного влияющего фактора;
Z_min - минимальная граница изменения аппаратурного влияющего фактора, и настраивают диапазон изменения остаточного ресурса электропроводки в системе нечеткой логики таким образом, что в конце скрипта conc.m с учетом функции округления round устанавливают следующую зависимость между остаточным ресурсом электропроводки, текущим значением остаточного ресурса электропроводки и значениями остаточного ресурса электропроводки при наихудших и наилучших значениях аппаратурных влияющих факторов с учетом максимального срока службы электрической проводки:
$$Q=round\left(\left({{\displaystyle Q}}_{тек}-{{\displaystyle Q}}_{\min }\right)\ast T/\left({{\displaystyle Q}}_{\max }-{{\displaystyle Q}}_{\min }\right)\right),$$
где Q - остаточный ресурс электропроводки;
Т- максимальный срок службы электрической проводки, лет;
Q_тек - текущее значение остаточного ресурса электропроводки;
Q_min и Q_max - значения остаточного ресурса электропроводки соответственно при наихудших и наилучших значениях аппаратурных влияющих факторов.