2.3. Методы неразрушающего контроля

Наиболее перспективными методами контроля техничес­кого состояния электрооборудования являются методы, осно­ванные на неразрушающем контроле, в которых используются проникающие поля излучения и вещества для получения ин­формации о качестве исследуемых объектов.

Классификация методов неразрушающего контроля по ГОСТ 18.353-79.

Таблица 2.1.

Вид контроля	По характеру взаимодействия	По первичному информационному параметру	По способу получения первичной информации
1	2	3	4
Магнитный	Магнитный	Коэрцитивной силы Намагниченности Остаточной индукции Магнитной проницаемости Напряженности Эффекта Баркгаузена (ступенчатый харак- тер намагничивания)	Магнитопорошковый Индукционный Феррозондовый Эффект Холла Магнитографический Пондеромоторный (двигательный) Магниторезисторный
1	2	3	4
Электриче­ский	Электрический Трибоэлектрический (эдс при трении) Термоэлектрический	Электропотенциальный Электроемкостный	Электростатический порошковый Электропараметрический Электроискровой Рекомбинационного из­лучения Экзоэлектронной эмиссии Шумовой Контактной разности потенциалов
Вихретоковый	Прошедшего излучения Отраженного излучения	Амплитудный Фазовый Частотный Спектральный Многочастотный	Трансформаторный Параметрический
Радиоволновый	Прошедшего излучения Отраженного излучения Рассеянного излучения Резонансный	Амплитудный Фазовый Временной Поляризационный Геометрический	Детекторный (диодный) Болометрический Интерференционный Голографический Жидких кристаллов Термобумаг Термолюминофоров Фотоуправляемый Полупроводниковых пластин Калориметрический
Тепловой	Тепловой контактный Конвекционный Собственного излучения	Термометрический Теплометрический	Пирометрический Жидких кристаллов Термокрасок Термобумаг Термолюминофоров Термозависимых параметров Оптический интерференционный Калориметрический
Оптический	Прошедшего излучения Отраженного излучения Рассеянного излучения Индуцированного излучения	Амплитудный Фазовый Частотный Поляризационный Геометрический Спектральный	Интерференционный Нефелометрический (мутности) Голографический Рефрактометрический Рефлексометрический Визуально-оптический
Радиационный	Прошедшего излучения Рассеянного излучения Активационного анализа Характеристического излучения Автоэмиссионный	Плотности потока энергии Спектральный	Сцинтилляционный Ионизационный Вторичных электронов Радиографический Радиоскопический
Акустический	Прошедшего излучения Отраженного излучения (эхо метод) Резонансный Импедансный Свободных колебаний Акустико-эмиссионный	Амплитудный Фазовый Временной Частотный Спектральный	Пьезоэлектрический Электролмагнитоакустический Микрофонный Порошковый
Молекулярный	Молекулярный	Жидкий Газовый	Яркостной (ахроматический) Цветной (хроматический) Люминесцентный Люминесцентно-цветной Фильтрующихся частиц Масс- спектрометрический Пузырьковый Манометрический Галогенный Радиоактивный Катарометрический Высокочастотного разряда Химический Остаточных устойчивых деформаций Акустический

Однако имеющаяся огромная гамма СНК используется при диагностике элек­трооборудования явно не достаточно.

Ниже остановился на некоторых СНК, применяемых при определении техниче­ского состояния электрооборудования.

2.4. Виброакустические методы неразрушающего контроля

2.4.1. Некоторые сведения из акустики

Слуховой аппарат человека является совершенным и сложным органом. Колеба­ния, воспринимаемые ухом как слышимые имеют частоты от 16-20 Гц до 16-20кГц. Эти границы у разных людей не одинаковы и зависят от возраста и от состояния его слухового аппарата. При длительном воздействии интенсивных шумов верхняя час­тотная граница чувствительности слуха может снижаться до5-6 кГц.

Колебания с частотами ниже 16-20 Гц, не воспринимаемые ухом как слышимые звуки, называются инфразвуками, а колебания с частотами более 16-20 кГц, ко­торые ухо также не слышит - ультразвуками.

Область слышимости звуков ограничивается не только определенными часто­тами, но и определенными значениями звукового давления или силы звука. Ниж­нее значение звукового давления, начиная с которого ухо не воспринимает звук, называ­ется порогом слышимости или слуховым порогом. Величина порого­вого давления различна для звуков различной частоты.

В области частот 1000 - 5000 Гц среднее значение порогового давления для лю­дей с хорошим слухом равно 2^.10 дин/см² (2^.10 Па).

По мере удаления от этой области вниз и вверх по частотной шкале чувстви­тель­ность уха уменьшается, что отражается повышением значений звукового давления, при которых ухо еще реагирует на звук.

Верхнее значение звукового давления, которое может вызвать повреждение или разрушение слухового аппарата представляет собой порог болевого ощуще­ния. На частоте 1000 Гц, которая принята в качестве стандартной частоты для сравнения в акустике. Отношение звуковых давлений на пороге болевого ощуще­ния и на пороге слышимости равно примерно 10⁶, а отношение соответствующих интенсивностей звука достигает 10¹². Интенсивностью или силой звука J, назы­вается поток звуковой энергии, проходящей в единицу времени, через единицу поверхности, перпендику­лярной к направлению распространения звуковой волны.

J = P/S = pv, где

Р - мощность звука, S - площадь поверхности, р - звуковое давление, v -звуковая скорость.

Столь большой диапазон, воспринимаемый ухом интенсивностей звука обу­слов­лен тем, что для слухового восприятия играют роль не интенсивность звука, а их ло­гарифмы.

Величина L = A lg J называется уровнем интенсивности или уровнем силы звука.

Где А - коэффициент пропорциональности. Пусть имеются два звука с интен­сивностями J1 и J2 уровни интенсивностей этих звуков равны соответственно L1=Alg J1, L2 = Alg J2.

Разность уровней интенсивности двух звуков L определяется

L = L1 - L2 = A(lg J1 – lg J2)= Аlg J1/J2 .

Полагая А = 1, уровень интенсивности выражается в белах, в честь А.Г. Бела - изобретателя телефона. Более удобно выражать L в децилогарифмических единицах, для чего следует взять А = 10, тогда уровень интенсивности будет выражаться в де­цибелах.

С физиологической точки зрения 1дБ соответствует едва заметному на слух при­росту ощущения громкости звука.

Интенсивность звука в децибелах равна

L=10 lg J1/J2, дБ

Учитывая соотношение между интенсивностью и давлением звука, получим сле­дующее выражение разности уровней интенсивности двух звуков, имеющих давле­ние и :

L=10 lg J1/J2 = 10 lg =201g , дБ.

За нуль децибелов в акустических расчетах условно принято звуковое давление = 2^. дин/см², соответствующему порогу слышимости на частоте 1000 Гц. Это давление соответствует пороговой интенсивности звука

J= эрг/с см = вт/см.

Тогда сила какого-либо звука над порогом равна:

L = 20 lg /2^. = 101g J/ дБ,

где - эффективное значение давления звука, дин/см, J - его интенсивность, вт/см.

Весьма часто слова над «порогом» опускаются, но следует иметь в виду, что ко­гда говорится об уровне звука, подразумевается выражение его уровня над порогом.

Величину звукового уровня можно также выражать через значения колебатель­ной скорости частиц среды V =S^’, отнесенных к нулевому порогу скорости V₀ = S₀ L=201g V/V₀; дБ.

Учитывая основное соотношение между звуковым давлением и колебательной скоростью, в плоской волне р_о = cv_o находим значение нулевого порога колебатель­ной скорости

/2^. = V/V₀ = cv,

где - плотность среды, с = 41 - удельное акустическое сопротивление среды.

V₀ = 2^. /41 = 5^. см/с.

Это же значение нулевого порога колебательной скорости принято при опреде­лении уровней вибрации колебательных систем.

Зная значение нулевого порога колебательной скорости легко определить значе­ния нулевых порогов колебательного смещения и колебательного ускорения. Расчет ведется на частоте 1000 Гц.

V₀ = ωS₀ =2 fS_{0 ,} S_{0 =} V0/2 f = 5^. /2^.3,14 1000 = 8^. см;

а₀ = V₀ =2 fV_o =2^.3,14^.1000^.5^. =3^. см/с².

Зная значения нулевых порогов и значения колебательного смещения, колеба­тельной скорости и ускорения можно определить значения уровней колебательного смещения, скорости и ускорения относительно их нулевых порогов.

L = 20 lg S/S₀ = 20 lg V/V₀ = 20 lg a/а₀;

Для определения суммарного уровня шума двух источников с различными уровнями можно воспользоваться графиком или рассчитать аналитически

Если уровни отдельных составляющих шума или вибрации в рассматриваемой полосе частот выражены в децибелах, то общий уровень может быть найден по фор­муле:

, дБ

где Li (i = l,2,3,....n) - значения уровней спектральных составляющих шума или вибрации.

В частном случае при одинаковых уровнях N отдельных составляющих вибра­ции или N источников их общий уровень будет:

L = 10 lg N = L + 10 lg N.

При равенстве уровней шума обеих источников получается суммарный уровень шума на 3 дБ больше уровня каждого из источников. Если уровень одного из источ­ников на 6 дБ меньше уровня другого источника, суммарный уровень превышает наиболее шумного на 1 дБ. Если разность уровней отдельных источников превышает 10 дБ, то общий уровень шума практически определяется уровнем более шумного ис­точника.

Оценка звука по уровню его силы над порогом справедлива лишь для частоты 1000 Гц, который соответствует принятый стандартный порог давления или силы звука. На других частотах меняется величина нулевого порога и чувствительность уха к изменению силы звука. На частоте 1000 Гц уровни равной громкости приняты равными соответствующим уровням силы звука; на других частотах они в большей или меньшей степени отличаются от уровней силы звука. Уровень громкости звука той или иной частоты представляет собой уровень силы звука частоты 1000 Гц, рав­ногромкого с данным звуком.

Уровни громкости обозначаются в специальных единицах - фонах. Если, напри­мер, звук произвольной частоты производит впечатление одинаковой громкости с тысячепериодным звуком, уровень силы которого над порогом равен 50 дБ, то гово­рят, что уровень громкости этого звука равен 50 фонам.

Чаще всего шум представляет собой сплошной спектр частот.

Если шум имеет сплошной спектр и амплитуды всех составляющих в широкой области частот равны друг другу, то такой шум называется «белым». Если ампли­туды сплошного спектра падают на 3 дБ на октаву, такой шум называют «розовым».

Ощущение громкости звука не совпадает по величине с раздражающим дей­ствием звука.

Для продуктивной работы человека, как известно, необходимо периодическое расслабление его нервной системы. В условиях шума требуемого расслабления не происходит. Многочисленные работы показывают, что при этом может наблюдать­ся как уменьшение производительности труда, так и преждевременный износ орга­низма.

Ниже приведен критерий риска повреждения слуха при полной ежедневной дозе облучения.

Продолжи тельность действия	8ч	4ч	2ч	1ч	0,5ч	0,25ч	7 мин	4 мин	2 мин	1 мин	30 сек
Предельно допустимые дозы, дБА	90	93	96	99	102	105	108	111	114	117	120

Как видно из таблицы, увеличение длительности воздействия в два раза следует снизить предельно допустимые дозы на 3 дБА.

При больших уровнях шума (более 120 дБА) не только снижается продуктив­ность работы человека, но и появляется возможность поражения нервной системы и слухового аппарата.

Слуховое восприятие ухом шума соответствует шкалам А, В, С.

Шкалы А, В, С введены для характеристики восприятия ухом человека звуко­вого давления.

А - завал на низких частотах, характеризует восприятие ухом человека звуко­вого давления уровней до 60 дБ.

В - более пологая на низких частотах, характеризует восприятие ухом человека звукового давления уровней от 60 дБ до 130 дБ.

С - почти линейная, характеризует восприятие ухом человека звукового давления уровней более 130 дБ, то есть человеческое ухо воспринимает давление уровней бо­лее 130 дБ одинаково как на низких, так и на высоких частотах.