Використання тепловізійних камер для електроінспекцій

Магазин Gtest® - авторизований постачальник тепловізорів в Україні:
https://gtest.com.ua/uk/vimiryuvalni-priladi/teplovizori

Теплові зображення - це простий спосіб визначити різницю температур, що здається, в промислових трифазних електричних ланцюгах в порівнянні з їх нормальними робочими умовами. Вимірюючи температурні градієнти всіх трьох фаз поряд один з одним, фахівці можуть швидко виявити відхилення в роботі окремих гілок, спричинені дисбалансом або перевантаженням.

Тепловізійні камери Fluke оснащені технологією IR-Fusion, яка поєднує візуальне або видиме зображення з інфрачервоним для більш точної ідентифікації, аналізу та керування зображеннями. Подвійні зображення точно поєднуються на будь-якій відстані, що підвищує деталізацію та спрощує виявлення проблем.

Електричний дисбаланс може бути викликаний декількома причинами: проблемами з подачею живлення, низькою напругою на одній із гілок або пробою опору ізоляції всередині обмоток двигуна.

Навіть невелика асиметрія напруги може призвести до погіршення якості з'єднань, зниження напруги, що подається, що призведе до надмірного споживання струму двигунами та іншими навантаженнями, зниження крутного моменту (і, відповідно, механічного навантаження) і більш раннього виходу з ладу. Серйозна асиметрія може призвести до перегорання запобіжника, що обмежить роботу однієї фази. У той же час, асиметрія струму повернеться на нейтраль, що призведе до штрафу, що накладається на електростанцію за перевищення споживання електроенергії.

На практиці досягти ідеального балансування напруги на трьох фазах практично неможливо. Національна асоціація виробників електроустаткування (NEMA) визначає дисбаланс у відсотках: % дисбалансу - [(100) (максимальне відхилення від середньої напруги)] / середня напруга. Щоб допомогти операторам обладнання визначити прийнятні рівні дисбалансу, NEMA розробила специфікації різних пристроїв. Ці базові значення є корисною точкою порівняння при технічному обслуговуванні та усуненні несправностей.

Теплобачення відіграє ключову роль у виявленні та діагностиці електричного дисбалансу та пробою опору ізоляції.

Зазвичай компоненти, що перевіряються

Зробіть теплові знімки всіх електричних панелей та інших точок підключення з високим навантаженням, таких як приводи, роз'єднувачі та елементи керування. У місцях виявлення підвищених температур простежте за ланцюгом та перевірте відповідні відгалуження та навантаження.

Перевіряйте панелі та інші з'єднання під час знятих кришок. Рекомендується перевіряти електроприлади, коли вони повністю прогріті і знаходяться в режимі з навантаженням не менше 40% від типового. Це дозволяє коректно оцінити результати вимірювань та порівняти їх із нормальними умовами експлуатації.

Аномальне нагрівання, пов'язане з високим опором або надлишковим струмом, є основною причиною багатьох проблем в електричних системах. Інфрачервона термографія дозволяє нам побачити ці невидимі теплові ознаки пошкодження, що насувається ще до того, як воно відбудеться. При протіканні струму електричного ланцюга частина електричної енергії перетворюється на теплову. Це нормально. Однак при аномально високому опорі ланцюга або аномально високому струмі виділяється аномально велика кількість тепла, що є марнотратним, потенційно небезпечним та ненормальним.

Закон Ома (P = I²R) описує взаємозв'язок між струмом, електричним опором і потужністю або теплом, що генерується. Ми використовуємо високий електричний опір для досягнення позитивних результатів, наприклад, для нагрівання тостеру або лампочки. Однак іноді виникає небажане тепло, що призводить до дорогих пошкоджень. Провідники недостатнього перерізу, нещільні з'єднання або надмірний струм можуть викликати аномально високий небажаний нагрів, що призводить до небезпечного перегріву електричних кіл. Компоненти можуть буквально розплавитись.

Тепловізійні камери дозволяють нам бачити теплові сигнатури, пов'язані з високим електричним опором, задовго до того, як ланцюг нагріється настільки, що це може призвести до вимкнення або вибуху. Зверніть увагу на два основні типи теплових ефектів, пов'язаних з несправністю електропроводки: 1) високий опір, спричинений поганим контактом з поверхнями, та 2) перевантаження ланцюга або проблема багатофазного дисбалансу.

Огляд панелі за допомогою інфрачервоної камери Fluke TiS75+

На що звернути увагу

Рівне навантаження повинне відповідати рівним температурам. При незбалансованому навантаженні більш навантажена фаза (фази) здаватиметься теплішою від інших через тепла, що виділяється опором. Однак незбалансоване навантаження, перевантаження, погане з'єднання та гармонійний дисбаланс можуть створювати схожу картину. Для діагностики проблеми необхідно виміряти електричне навантаження.

Доцільно розробити регулярний маршрут огляду, що включає усі ключові електричні з'єднання. Використовуючи програмне забезпечення, що постачається з тепловізором Fluke, зберігайте кожне отримане зображення на комп'ютері та відстежуйте результати вимірювань. Це дозволить створити базові зображення для порівняння із зображеннями, отриманими пізніше. Ця процедура також допоможе визначити, чи перегріта або переохолоджена точка незвичайною. Після виконання коригуючих дій нові зображення допоможуть визначити, чи було ремонт виконано успішно.

Тепло виділяється при протіканні струму через контакт із високим електричним опором. Цей тип проблем зазвичай пов'язаний із контактами перемикачів та роз'ємами. Фактичний нагрів може бути дуже малим, менше 1/16 дюйма (0,6 мм) на початку нагрівання. Нижче наведено декілька прикладів, виявлених за допомогою IR SnapShot під час демонстрацій для клієнтів.

Термограма A) – контролер двигуна ліфта у великому готелі. Одна з трифазних сполук була ослаблена, що призвело до збільшення опору на роз'ємі. Надмірне нагрівання призвело до підвищення температури на 50 градусів Цельсія (90 градусів за Фаренгейтом). Термограма B) - установка трифазного запобіжника, де один кінець одного запобіжника має поганий електричний контакт із ланцюгом. Підвищений контактний опір призвів до підвищення температури на цьому з'єднанні на 45°C (81°F) порівняно з іншими запобіжними сполуками. Термограма C) - затискач запобіжника, де один контакт на 55 ° C (99 ° F) гарячіший за інших. А термограма D) — двофазна розетка, де були ослаблені з'єднання проводів, через що клеми нагрілися на 55°C (100°F) вище за температуру навколишнього середовища.

Усі чотири приклади були серйозними та вимагали негайної уваги. Термограма B) демонструє цікавий принцип інтерпретації температурних характеристик електричного кола. Запобіжник гарячий лише з одного кінця. Якби запобіжник був гарячим з обох кінців, проблема була б інтерпретована інакше. Перевантаження ланцюга, перекіс фаз або запобіжник недостатнього номіналу можуть призвести до перегріву обох кінців запобіжника. Нагрівання лише одного кінця свідчить про те, що проблема полягає у високому контактному опорі на нагрітому кінці.

Розетка на термограмі D) була серйозно пошкоджена, як видно на візуальному знімку нижче, проте вона продовжувала працювати доти, поки її не замінили.

Що таке «червоний рівень тривоги»?

При ремонті слід в першу чергу враховувати безпеку, тобто стан обладнання, що становить загрозу безпеці, а потім критичність обладнання та рівень підвищення температури. Рекомендації NETA (Міжнародної асоціації з електротехнічних випробувань) наказують негайні дії, якщо різниця температур між аналогічними електричними компонентами при схожих навантаженнях перевищує 15 °C (27 °F) або якщо різниця температур між електричним компонентом та навколишнім середовищем перевищує 40 °C (72 °F).

Стандарти NEMA застерігають від експлуатації будь-якого двигуна при дисбалансі напруги, що перевищує один відсоток. Більш того, NEMA рекомендує знижувати номінальну потужність двигуна за більш високого дисбалансу. Відсоток безпечного дисбалансу може бути різним для іншого обладнання.

На наступних термограмах показано перевантажені ланцюги. На термограмі E) показаний розподільний щит, в якому головний вимикач у верхній частині перегрітий на 75°C (135°F) вище температури навколишнього середовища. Вся ця панель перевантажена і потребує негайної уваги. На термограмах E) та F) показаний перегрів усіх стандартних автоматичних вимикачів. Їхня температура була на 60°C (108°F) вище температури навколишнього середовища. Хоча на термограмі дроту синього кольору, вони також гарячі, від 45 до 50 ° C (від 81 до 90 ° F). Вся ця електрична система потребує переробки.

Перегляд тепловізійних зображень на настільному комп'ютері, отриманих за допомогою тепловізійної камери Fluke TiX501

На термограмі G) показана одна лінія контролера, температура якої приблизно на 20°C (36°F) вище за інші. Необхідне подальше дослідження, щоб визначити причину значного перевищення температури одного з проводів над іншими та визначити необхідний ремонт. На термограмі H) показаний трансформатор струму, температура якого на 14°C (25°F) вище температури двох інших трансформаторів трифазної електромережі. Це свідчить про серйозний дисбаланс в електромережі чи несправність трансформатора струму, що може суттєво вплинути рахунок споживача за електроенергію.

Перегляд тепловізійних зображень на настільному комп'ютері, отриманих за допомогою тепловізійної камери Fluke TiX501

Вимоги до навантаження

При проведенні перевірки важливо, щоб система була під навантаженням. Відкладіть перевірку до "найгіршого випадку" або пікових навантажень, або коли навантаження становить не менше 40% (відповідно до NFPA 70B). Тепло, яке виділяється ослабленим з'єднанням, збільшується пропорційно квадрату навантаження; що вище навантаження, то легше виявити проблеми.

Не забувайте враховувати охолодний ефект вітру та інших рухів повітря.

Тільки температура поверхні

Інфрачервоні камери не можуть бачити через електричні шафи або суцільнометалеві лотки шин. По можливості відкрийте кожухи, щоб камера могла безпосередньо бачити електричні ланцюги та компоненти. Якщо ви виявили аномально високу температуру на зовнішній поверхні кожуха, будьте впевнені, що в ній температура ще вище, а зазвичай значно вище. Нижче наведено кілька термограм кожуха шини, які вказують на серйозну проблему з електричними шинами всередині кожуха. Гарячі точки були приблизно на 10°C гарячі за навколишнє середовище і на 6°C гарячі за інші частини кожуха шини.

Корпуси автобусів:

Розподіл електроенергії

В електросистемі можна знайти буквально сотні різних одиниць обладнання. Все починається з систем вироблення електроенергії, розподілу високої напруги, розподільних пристроїв та підстанцій, і закінчується трансформаторами, розподільними пристроями, вимикачами, лічильниками, місцевими розподільними пристроями та щитами керування електроприладами. Багато комунальних підприємств придбали FlexCam або SnapShot для спрощення обслуговування. Практично всі галузі промисловості придбали інфрачервоні камери Infrared Solutions обслуговування своїх розподільних систем.

Термограма M) відноситься до трансформатора основного обладнання, з якого стався витік охолоджувальної олії, що призвело до небезпечного перегріву обмоток у верхній частині. Температура однієї з сполук була на 160°C (288°F) вище температури навколишнього середовища. Цей трансформатор вимагав негайної заміни, але компанія хотіла відкласти ремонт на місяць, щоб його можна було виконати під час планового повного зупинення заводу. Вони використовували ІЧ-камеру SnapShot для моніторингу стану трансформатора та успішно відклали ремонт. Термограма N) відноситься до трансформатора основного обладнання, встановленого на стовпі, температура одного зі з'єднань якого на 30°C (54°F) вище температури навколишнього середовища. Такий стан вимагав обслуговування за першої ж можливості. Термограма O) показує основне гаряче з'єднання на переривачі на підстанції.

Мексика. Було виявлено, що температура в цій сполукі на 14°C (25°F) вище, ніж в інших. Це вважалося проблемою, яка потребує уваги. Термограма P показує повітряне з'єднання на підстанції Перу. Температура була меншою ніж на 10°C (18°F) вище температури навколишнього середовища і не викликала негайного занепокоєння.

Якою є потенційна ціна невдачі?

Вихід із ладу двигуна часто є результатом дисбалансу напруги. Загальна вартість складається з вартості двигуна, трудовитрат на його заміну, вартості бракованої продукції через нерівномірне виробництво, витрати на експлуатацію лінії та втрачену вигоду через простою лінії.

Припустимо, що вартість заміни двигуна потужністю 50 л. складає 5000 доларів США на рік, включаючи оплату праці. Припустимо, що простий становить 4 години на рік, а втрата доходу – 6000 доларів США на годину. Загальні витрати: 5000 доларів США + (4 x 6000 доларів США) = 29 000 доларів США на рік.

Наступні дії

Якщо на тепловому зображенні видно, що весь провідник тепліший за інші компоненти ланцюга, це може означати, що він занадто малий за розміром або перевантажений. Перевірте номінальну потужність провідника та фактичне навантаження, щоб визначити причину.

Використовуйте мультиметр з кліщами, струмовимірювальні кліщі або аналізатор якості електроенергії для перевірки балансу струму та навантаження на кожній фазі.

Що стосується напруги, перевірте захист і комутаційну апаратуру щодо падіння напруги. Як правило, напруга в мережі має бути в межах 10% від номінального значення, вказаного на заводській табличці. Напруга нейтралі щодо землі показує, наскільки сильно навантажена ваша система і допомагає відстежувати гармоніки струму. Напруга нейтралі щодо землі понад 3% потребує подальшого обстеження.

Навантаження змінюються, і фаза однієї з гілок може раптово впасти на 5% при підключенні значного однофазного джерела живлення. Падіння напруги на запобіжниках та вимикачах також може виявлятися у вигляді дисбалансу у двигуні та перегріву у місці виникнення несправності. Перш ніж стверджувати, що причину знайдено, двічі перевірте показання струму за допомогою тепловізора та мультиметра або струмовимірювальних кліщів.

Ні живильні, ні відгалужені ланцюги не повинні бути навантажені до максимально допустимої межі. Рівняння навантаження ланцюгів також мають враховувати гармоніку. Найбільш поширеним рішенням проблеми перевантаження є перерозподіл навантаження між ланцюгами чи керування її включенням у процесі роботи.

Використовуючи відповідне програмне забезпечення, кожну можливу проблему, виявлену за допомогою тепловізора, можна задокументувати у звіті, що включає тепловізійне зображення та цифрове зображення обладнання. Це найкращий спосіб повідомити про проблеми та запропонувати варіанти ремонту.