Использование тепловизионных камер для электроинспекций

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик тепловизоров в Украине: 
https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/teplovizory

Тепловые изображения — это простой способ определить кажущуюся разницу температур в промышленных трёхфазных электрических цепях по сравнению с их нормальными рабочими условиями. Измеряя температурные градиенты всех трёх фаз рядом друг с другом, специалисты могут быстро обнаружить отклонения в работе отдельных ветвей, вызванные дисбалансом или перегрузкой.

Тепловизионные камеры Fluke оснащены технологией IR-Fusion, которая объединяет визуальное или видимое изображение с инфракрасным для более точной идентификации, анализа и управления изображениями. Двойные изображения точно совмещаются на любом расстоянии, что повышает детализацию и упрощает обнаружение проблем.

Электрический дисбаланс может быть вызван несколькими причинами: проблемами с подачей питания, низким напряжением на одной из ветвей или пробоем сопротивления изоляции внутри обмоток двигателя.

Даже небольшая асимметрия напряжения может привести к ухудшению качества соединений, снижению подаваемого напряжения, что приведет к чрезмерному потреблению тока двигателями и другими нагрузками, снижению крутящего момента (и, соответственно, механической нагрузке) и более раннему выходу из строя. Серьезная асимметрия может привести к перегоранию предохранителя, что ограничит работу одной фазы. В то же время, асимметрия тока вернется на нейтраль, что приведет к штрафу, налагаемому на электростанцию ​​за превышение пикового потребления электроэнергии.

На практике добиться идеальной балансировки напряжений на трёх фазах практически невозможно. Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определяет дисбаланс в процентах: % дисбаланса – [(100)(максимальное отклонение от среднего напряжения)] / среднее напряжение. Чтобы помочь операторам оборудования определить приемлемые уровни дисбаланса, NEMA разработала спецификации для различных устройств. Эти базовые значения служат полезной точкой сравнения при техническом обслуживании и устранении неисправностей.

Тепловидение играет ключевую роль в обнаружении и диагностике электрического дисбаланса и пробоя сопротивления изоляции.

Обычно проверяемые компоненты

Сделайте тепловые снимки всех электрических панелей и других точек подключения с высокой нагрузкой, таких как приводы, разъединители и элементы управления. В местах обнаружения повышенных температур проследите за цепью и проверьте соответствующие ответвления и нагрузки.

Проверяйте панели и другие соединения при снятых крышках. Рекомендуется проверять электроприборы, когда они полностью прогреты и находятся в установившемся режиме с нагрузкой не менее 40% от типичной. Это позволяет корректно оценить результаты измерений и сравнить их с нормальными условиями эксплуатации.

Аномальный нагрев, связанный с высоким сопротивлением или избыточным током, является основной причиной многих проблем в электрических системах. Инфракрасная термография позволяет нам увидеть эти невидимые тепловые признаки надвигающегося повреждения ещё до того, как оно произойдёт. При протекании тока по электрической цепи часть электрической энергии преобразуется в тепловую. Это нормально. Однако при аномально высоком сопротивлении цепи или аномально высоком токе выделяется аномально большое количество тепла, что является расточительным, потенциально опасным и ненормальным.

Закон Ома (P = I²R) описывает взаимосвязь между током, электрическим сопротивлением и генерируемой мощностью или теплом. Мы используем высокое электрическое сопротивление для достижения положительных результатов, например, для нагревания тостера или свечения лампочки. Однако иногда возникает нежелательное тепло, приводящее к дорогостоящим повреждениям. Проводники недостаточного сечения, неплотные соединения или чрезмерный ток могут вызывать аномально высокий нежелательный нагрев, приводящий к опасному перегреву электрических цепей. Компоненты могут буквально расплавиться.

Тепловизионные камеры позволяют нам видеть тепловые сигнатуры, связанные с высоким электрическим сопротивлением, задолго до того, как цепь нагреется настолько, что это может привести к отключению или взрыву. Обратите внимание на два основных типа тепловых эффектов, связанных с неисправностью электропроводки: 1) высокое сопротивление, вызванное плохим контактом с поверхностями, и 2) перегрузка цепи или проблема многофазного дисбаланса.

Осмотр панели с помощью инфракрасной камеры Fluke TiS75+

На что обратить внимание

Равная нагрузка должна соответствовать равным температурам. При несбалансированной нагрузке более нагруженная фаза (фазы) будет казаться теплее других из-за тепла, выделяемого сопротивлением. Однако несбалансированная нагрузка, перегрузка, плохое соединение и гармонический дисбаланс могут создавать схожую картину. Для диагностики проблемы необходимо измерить электрическую нагрузку.

Целесообразно разработать регулярный маршрут осмотра, включающий все ключевые электрические соединения. Используя программное обеспечение, поставляемое с тепловизором Fluke , сохраняйте каждое полученное изображение на компьютере и отслеживайте результаты измерений. Это позволит создать базовые изображения для сравнения с изображениями, полученными позднее. Эта процедура также поможет определить, является ли перегретая или переохлажденная точка необычной. После выполнения корректирующих действий новые изображения помогут определить, был ли ремонт выполнен успешно.

Тепло выделяется при протекании тока через контакт с высоким электрическим сопротивлением. Этот тип проблем обычно связан с контактами переключателей и разъёмами. Фактический нагрев может быть очень малым, менее 1/16 дюйма (0,6 мм) в начале нагревания. Ниже приведены несколько примеров, обнаруженных с помощью IR SnapShot во время демонстраций для клиентов.

Термограмма A) — контроллер двигателя лифта в большом отеле. Одно из трёхфазных соединений было ослаблено, что привело к увеличению сопротивления на разъёме. Избыточный нагрев привёл к повышению температуры на 50 градусов Цельсия (90 градусов по Фаренгейту). Термограмма B) — установка трёхфазного предохранителя, где один конец одного предохранителя имеет плохой электрический контакт с цепью. Повышенное контактное сопротивление привело к повышению температуры на этом соединении на 45°C (81°F) по сравнению с другими соединениями предохранителя. Термограмма C) — зажим предохранителя, где один контакт на 55°C (99°F) горячее остальных. А термограмма D) — двухфазная розетка, где были ослаблены соединения проводов, из-за чего клеммы нагрелись на 55°C (100°F) выше температуры окружающей среды.

Все четыре примера были серьёзными и требовали немедленного внимания. Термограмма B) демонстрирует интересный принцип интерпретации температурных характеристик электрической цепи. Предохранитель горячий только с одного конца. Если бы предохранитель был горячим с обоих концов, проблема была бы интерпретирована иначе. Перегрузка цепи, перекос фаз или предохранитель недостаточного номинала могут привести к перегреву обоих концов предохранителя. Нагрев только одного конца свидетельствует о том, что проблема заключается в высоком контактном сопротивлении на нагретом конце.

Сетевая розетка на термограмме D) была серьезно повреждена, как видно на визуальном снимке ниже, однако она продолжала работать до тех пор, пока ее не заменили.

Что представляет собой «красный уровень тревоги»?

При ремонте следует в первую очередь учитывать безопасность, то есть состояние оборудования, представляющее угрозу безопасности, а затем критичность оборудования и степень повышения температуры. Рекомендации NETA (Международной ассоциации по электротехническим испытаниям) предписывают немедленные действия, если разница температур между аналогичными электрическими компонентами при схожих нагрузках превышает 15 °C (27 °F) или если разница температур между электрическим компонентом и окружающей средой превышает 40 °C (72 °F).

Стандарты NEMA предостерегают от эксплуатации любого двигателя при дисбалансе напряжения, превышающем один процент. Более того, NEMA рекомендует снижать номинальную мощность двигателя при более высоком дисбалансе. Процент безопасного дисбаланса может отличаться для другого оборудования.

На следующих термограммах показаны перегруженные цепи. На термограмме E) показан распределительный щит, в котором главный выключатель в верхней части перегрет на 75°C (135°F) выше температуры окружающей среды. Вся эта панель перегружена и требует немедленного внимания. На термограммах E) и F) показан перегрев всех стандартных автоматических выключателей. Их температура была на 60°C (108°F) выше температуры окружающей среды. Хотя на термограмме провода синего цвета, они также горячие, от 45 до 50°C (от 81 до 90°F). Вся эта электрическая система требует переделки.

Просмотр тепловизионных изображений на настольном компьютере, полученных с помощью тепловизионной камеры Fluke TiX501

На термограмме G) показана одна линия контроллера, температура которой примерно на 20°C (36°F) выше остальных. Необходимо дальнейшее исследование, чтобы определить причину значительного превышения температуры одного из проводов над другими и определить необходимый ремонт. На термограмме H) показан трансформатор тока, температура которого на 14°C (25°F) выше температуры двух других трансформаторов в трёхфазной электросети. Это указывает на серьёзный дисбаланс в электросети или неисправность трансформатора тока, что может существенно повлиять на счёт потребителя за электроэнергию.

Просмотр тепловизионных изображений на настольном компьютере, полученных с помощью тепловизионной камеры Fluke TiX501

Требования к нагрузке

При проведении проверки важно, чтобы система находилась под нагрузкой. Отложите проверку до «наихудшего случая» или пиковых нагрузок, или когда нагрузка составляет не менее 40% (согласно NFPA 70B). Тепло, выделяемое ослабленным соединением, увеличивается пропорционально квадрату нагрузки; чем выше нагрузка, тем легче обнаружить проблемы.

Не забывайте учитывать охлаждающий эффект ветра и других движений воздуха.

Только температура поверхности

Инфракрасные камеры не могут видеть сквозь электрические шкафы или цельнометаллические лотки шин. По возможности откройте кожухи, чтобы камера могла напрямую видеть электрические цепи и компоненты. Если вы обнаружили аномально высокую температуру на внешней поверхности кожуха, будьте уверены, что внутри него температура ещё выше, а обычно значительно выше. Ниже приведены несколько термограмм кожуха шины, которые указывают на серьёзную проблему с электрическими шинами внутри кожуха. Горячие точки были примерно на 10°C горячее окружающей среды и на 6°C горячее других частей кожуха шины.

Корпуса автобусов:

Распределение электроэнергии

В электросистеме можно найти буквально сотни различных единиц оборудования. Всё начинается с систем выработки электроэнергии, распределения высокого напряжения, распределительных устройств и подстанций, и заканчивается трансформаторами, распределительными устройствами, выключателями, счётчиками, местными распределительными устройствами и щитами управления электроприборами. Многие коммунальные предприятия приобрели FlexCam® или SnapShot® для упрощения обслуживания. Практически все отрасли промышленности приобрели инфракрасные камеры Infrared Solutions для обслуживания своих распределительных систем.

Термограмма M) относится к трансформатору основного оборудования, из которого произошла утечка охлаждающего масла, что привело к опасному перегреву обмоток в верхней части. Температура одного из соединений была на 160°C (288°F) выше температуры окружающей среды. Этот трансформатор требовал немедленной замены, но компания хотела отложить ремонт на месяц, чтобы его можно было выполнить во время планового полного останова завода. Они использовали ИК-камеру SnapShot для мониторинга состояния трансформатора и успешно отложили ремонт. Термограмма N) относится к трансформатору основного оборудования, установленному на столбе, температура одного из соединений которого на 30°C (54°F) выше температуры окружающей среды. Такое состояние требовало обслуживания при первой же возможности. Термограмма O) показывает горячее основное соединение на прерывателе на подстанции.

Мексика. Было обнаружено, что температура в этом соединении на 14°C (25°F) выше, чем в других. Это считалось проблемой, требующей внимания. Термограмма P показывает воздушное соединение на подстанции в Перу. Температура была менее чем на 10°C (18°F) выше температуры окружающей среды и не вызывала немедленного беспокойства.

Какова потенциальная цена неудачи?

Выход из строя двигателя часто является результатом дисбаланса напряжения. Общая стоимость складывается из стоимости двигателя, трудозатрат на его замену, стоимости бракованной продукции из-за неравномерного производства, затрат на эксплуатацию линии и упущенной выгоды из-за простоя линии.

Предположим, что стоимость замены двигателя мощностью 50 л.с. составляет 5000 долларов США в год, включая оплату труда. Предположим, что простой составляет 4 часа в год, а потеря дохода — 6000 долларов США в час. Общие затраты: 5000 долларов США + (4 x 6000 долларов США) = 29 000 долларов США в год.

Последующие действия

Если на тепловом изображении видно, что весь проводник теплее других компонентов цепи, это может означать, что он слишком мал по размеру или перегружен. Проверьте номинальную мощность проводника и фактическую нагрузку, чтобы определить причину.

Используйте мультиметр с клещами, токоизмерительные клещи или анализатор качества электроэнергии для проверки баланса тока и нагрузки на каждой фазе.

Что касается напряжения, проверьте защиту и коммутационную аппаратуру на предмет падения напряжения. Как правило, напряжение в сети должно быть в пределах 10% от номинального значения, указанного на заводской табличке. Напряжение нейтрали относительно земли показывает, насколько сильно нагружена ваша система, и помогает отслеживать гармоники тока. Напряжение нейтрали относительно земли выше 3% требует дальнейшего обследования.

Нагрузки меняются, и фаза на одной из ветвей может внезапно упасть на 5% при подключении значительного однофазного источника питания. Падение напряжения на предохранителях и выключателях также может проявляться в виде дисбаланса в двигателе и перегрева в месте возникновения неисправности. Прежде чем утверждать, что причина найдена, дважды проверьте показания тока с помощью тепловизора и мультиметра или токоизмерительных клещей.

Ни питающие, ни ответвленные цепи не должны быть нагружены до максимально допустимого предела. Уравнения нагрузки цепей также должны учитывать гармоники. Наиболее распространённым решением проблемы перегрузки является перераспределение нагрузки между цепями или управление её включением в процессе работы.

Используя соответствующее программное обеспечение, каждую предполагаемую проблему, обнаруженную с помощью тепловизора, можно задокументировать в отчёте, включающем тепловизионное изображение и цифровое изображение оборудования. Это лучший способ сообщить о проблемах и предложить варианты ремонта.