20 мая 2016
Большая часть питьевой воды в мире просто уходит в землю из-за утечек. Для решения этой проблемы используются интеллектуальные сети, состоящие из магнитно-индуктивных датчиков, которые незамедлительно сообщают о таких утечках оператору. Для того чтобы гарантировать надежность функционирования и высокую точность, их электронные компоненты заливаются силиконовым гелем.
Может показаться, что на нашей планете воды в избытке, ведь она покрывает три четверти земной поверхности. Однако пресная вода составляет лишь 2,5% от общих запасов и только очень маленькая часть, гораздо меньше одного процента, доступна и может быть использована. Этот доступный объём оценивается в размере от 100 000 до 200 000 кубических километров. Таким образом, пресная вода является ценным ресурсом во многих регионах мира. Организация Объединенных Наций ожидает, что дефицит воды затронет две трети населения мира к 2025 году, так как изменения климата и рост населения снижают запасы питьевой воды.
Человечество потребляет около 4000 кубических километров пресной воды каждый год – и эта тенденция вероятно продолжится. Самым неприятным для тех, кто страдает от недостатка воды, является то, что большое количество этого ценного ресурса расходуется впустую. “Отчасти это результат плохого состояния инфраструктуры водоснабжения в значительной части мира. Много воды теряется из-за утечек до того, как она достигает конечного потребителя”, - говорит Йорн Гоге, инженер отдела качества компании Sensus GmbH (г. Людвигсхафен, Германия). Sensus является одним из ведущих в мире поставщиков датчиков и систем, которые предприятия могут использовать для оптимизации своих сетей.
Высокие потери из-за утечек
Согласно исследованию, проведенному компанией GrowingBlue, американским консорциумом экспертов по воде, большая часть питьевой воды, подаваемой в водопроводные сети теряется исключительно за счет утечек в различных местах – от протекающего водопроводного крана до прорыва на главной линии, хотя объем существенно отличается от страны к стране. В ряде развивающихся стран в результате утечек теряется более 80 процентов воды; подавляющая часть ценного ресурса попадает в землю. В трети из всех стран показатель утечек выше 40%; средний показать по странам – 20 процентов. Даже в таких странах как Великобритания и Франция потери превышают этот глобальный показатель.
GrowingBlue считает, что утечки ежегодно создают дополнительные затраты в размере до 10 миллиардов долларов. Основной причиной являются расходы на персонал, занимающийся поиском и устранением утечек. Еще одним заметным фактором является повышение спроса на более мощные насосы, так как насосы должны донести всю воду, даже ту, которая будет потеряна.
Более эффективное водоснабжение
Высокая стоимость и рост необходимости предотвращения потерь ценного ресурса заставляют предприятия модернизировать свою инфраструктуру. Для того, чтобы эффективно управлять поставками воды, им требуется постоянная информация о текущем состоянии сети. Сколько воды расходуется в данный момент и где? Текущие значения расхода одинаковы во всех местах или нет, что подразумевает неисправность? И если неисправность, то где она? На сегодняшний день большинство водоканалов оборудуют свои сети механическими счетчиками воды и снимают данные раз в месяц – эта процедура, которая не может предоставить оперативную информацию. Кроме того, механические счетчики не могут обнаружить потоки с низкой скоростью, которые, например, встречаются в капающих кранах.
Интеллектуальная сеть, в свою очередь, представляет собой систему, которая отслеживает расход и контролирует своё состояние с помощью подходящих КИПиА и системы передачи данных. Точный учет воды может стать основой для создания такой сети. Это стало возможным благодаря новой серии квартирных счетчиков iPERL™ от компании Sensus. Они доступны в различных исполнениях и предназначены для подключения одноквартирных и многоквартирных жилых домов к водопроводной сети и непрерывно измеряют скорость потока магнитно-индуктивным методом, что способствует уменьшению утечек. Для того, чтобы быть уверенными в надежности работы даже в жестких условиях использования – Sensus заливает электронные компоненты счетчиков силиконовым гелем Wacker.
“Благодаря нашей запатентованной технологи магнитного поля, iPERL™ предоставляет результаты высокой точности при различных скоростях потока, от экстремально низкой до очень высокой” – подчеркивает инженер отдела качества Гоге. Таким образом, утечки могут быстро обнаружены. Кроме того, технология измерения дает стабильно точные результаты на протяжении всего срока службы счетчика.
Телемониторинг
Каждый счетчик iPERL™ содержит большое количество электронных компонентов. Они необходимы для получения измерительного сигнала, который далее оцифровывается, а также каждый из этих счетчиков имеет современную систему передачи данных, которая позволяет организовать двустороннюю передачу информации между счетчиком и поставщиком.
Это позволяет, например, снимать показания дистанционно. Водоканал может считывать данные счётчиков удаленно, например, сотрудник, двигаясь по улицам пешком или на машине может с помощью ноутбука или карманного компьютера принимать данные, передаваемые счетчиками. Поставщик также может установить стационарное оборудование для отправки всей информации на центральный пульт управления – это шаг к идеальной водопроводной сети. Таким образом, утечки можно обнаружить сразу и устранить их до того, как ущерб станет дорогостоящим.
Квартирные счетчики воды редко устанавливаются в комфортных условиях, как например в Германии, где они обычно расположены в подвалах, т. е. внутри домов. В большинстве других стран, они размещаются на открытом воздухе и подвержены воздействию погодных условий. Во Франции и Испании, к примеру, квартирные счетчики воды преимущественно смонтированы на стенах домов или заборах в специальных коробках; в Великобритании они расположены обычно в подземных ямах в передней части дома, которая часто залита дождевой водой. Соответственно счетчики часто бывают погружены в воду в течение относительно длительного периода времени.
Защита от влаги
Счетчики должны надежно работать без технического обслуживания в течение всего срока их службы, даже при таких суровых условиях эксплуатации. “Это становится возможным благодаря заливке электронных компонентов, в том числе и измерительных электродов, аккумуляторных батарей, встроенных антенн для передачи данных и дисплея для защиты от влаги”, - говорит Гоге. После интенсивных испытаний, Sensus решил использовать оптически прозрачный силиконовый гель SilGel® 612 от компании Wacker, который доказал свою эффективность за много лет в различных применениях в электронике.
Это текучий силиконовый компаунд аддитивной системы сшивки. В отличие от обычного силиконового каучука, гель не отверждается в жёсткую силиконовую резину, а дает более мягкий, очень гибкий материал, который по консистенции ближе к желе, чем к резине. “В отверждённом силиконовом геле цепочки кремнийорганических молекул соединяются друг с другом с образованием разреженной сети. Некоторые силиконовые цепи и вовсе соединены с остальными только одним из своих концов”, – поясняет Филипп Мюллер из технической поддержки Wacker Silicones, который является экспертом в области силиконовых гелей и заливке электронных устройств.
Надежное склеивание
Разреженная сеть молекул делает отвержденный продукт очень мягким. Поэтому силиконовый гель может легко выдерживать механические нагрузки, при этом плотно прилегая к различным поверхностям. “Это также обеспечивает высокую присущую силиконовым гелям липкость – то, что нужно Sensus в счетчиках воды для достижения надежной адгезии не только к электронным компонентам, но и к внутренним стенкам корпуса и крышке дисплея. Адгезия геля предотвращает образование воздушных пузырей на границах раздела фаз, что может привести к повреждению электронных компонентов посредством конденсации”, – говорит Мюллер. Кроме того, он обладает характерными свойствами силиконов: отвержденный гель имеет хорошую устойчивость к старению, гибкость при низких температурах, термостойкость и водонепроницаемость, имеет водоотталкивающую поверхность и является очень хорошим электрическим изолятором.
Отличный результат в долгосрочной перспективе
Для работы счетчика iPERL™ на протяжении многих лет, диэлектрическая проницаемость материала непосредственно вокруг антенны не должна изменяться с течением времени, в противном случае антенну необходимо будет настраивать заново – iPERL™ передает данные на частотах 433 МГц и 868 МГц. Изменение диэлектрической проницаемости заливочного компаунда может быть вызвано, например, поглощением влаги. В этом отношении силиконовый гель Wacker SilGel® 612 соответствует спецификации инженеров Sensus.
“Благодаря своей устойчивости к влаге и сырости, продукт Wacker наглядно доказал свое превосходство над другими заливочными компаундами, которые мы испытывали”, - поясняет эксперт Гогге. В отличие от других заливочных компаундов, силиконовый гель практические не поглощает влагу и не подвержен химическому воздействию воды. Поэтому его теплоизоляционные свойства остаются неизменными после многолетнего воздействия влаги – компаунд не оказывает никакого влияния на радиоволны даже в таких условиях эксплуатации. “Следовательно, нет никакого риска ухудшения передачи данных с течением времени. Поэтому также нет никаких проблем от заливки антенны гелем”, - говорит инженер Sensus.
Магнитно-индуктивные счетчики iPERL™, разработанные Sensus в Германии становятся все более популярными также и на международном рынке, хотя для этого направления характерны долгие испытания. Водоканалы регулярно заменяют свои квартирные счетчики воды после нескольких лет эксплуатации – срок службы варьируется от страны к стране и составляет в среднем 15 лет. Водоканал в Словацком городе Кошице (население 240,000 человек), например, оснастил свою сеть этими высокоточными измерительными приборами. Sensus также отмечает особенно высокий спрос на счетчики из стран, таких как Саудовская Аравия или ОАЭ, где питьевая вода является дефицитным и ценным ресурсом.
Источник: Water meters that Count Every Drop, WWW 1.15 pp 24–31
