Тепловизионный контроль электрооборудования: полное руководство!

В этой статье мы рассмотрим преимущества, особенности и отличительные черты проведения тепловизионного обследования электроустановок и оборудования, работающего под напряжением более 1000 В и под напряжением до 1000 В. Вы увидите примеры отчетов тепловизионного обследования, а также получите практические советы по выбору тепловизоров.

Тепловизионное обследование электрооборудования любого уровня напряжения является одним из наиболее эффективных методов диагностики с точки зрения таких показателей как:

• Скорость проведения измерений. Тепловизионное обследование не требует большого времени на его проведение. Для определения состояния оборудования такого как разъединитель потребуется несколько секунд.
• Простота. Тепловизионная диагностика не требует отключения электрооборудования, не требует большого количества организационных и технических мероприятий. Современные тепловизоры очень просты и удобны в эксплуатации, при этом набор встроенных инструментов для анализа позволяет в отдельных случаях производить диагностику прямо на объекте.
• Доступность. Современные тепловизоры являются доступными и недорогими, благодаря этому тепловизором может быть оснащен любой энергообъект.

Основным достоинством тепловизионного обследования является получение данных о неисправности без отключения оборудования, при этом многие виды дефектов проявляются в виде нагрева (или его отсутствия) нагруженном оборудовании. Обычно для определения таких дефектов требуется проводить сложные электрические испытания, которые связаны с отключением оборудования и организационно-техническими мероприятиями, которые связаны с допуском бригады на испытания.

Тепловизионное обследование электроустановок свыше 1000 В

Безопасность

Несмотря на то, что высокое напряжение традиционно считается более опасным, проведение тепловизионного контроля высоковольтного электрооборудования связано с меньшим количеством рисков, т.к.:

1. Межотраслевые нормы по охране труда регламентируют допустимое расстояние от токоведущих частей находящихся под напряжением (например, это 1 м для напряжения 110 кВ), но на практике это расстояние, в абсолютном большинстве случаев, в несколько раз больше и оно просто не дает физической возможности нарушить его. Так же обслуживающий персонал интуитивно старается соблюдать дистанцию от оборудования находящегося под напряжением
2. Основную опасность на оборудовании высокого напряжения для персонала представляет возможность попадания под высокое напряжение и опасности связанные с разрушением высоковольтного оборудования. В случае возникновения потенциально опасной аварийной ситуации, отключение электроустановки с помощью релейной защиты происходит быстрее, т.к. помимо очевидной опасности для персонала разрушение оборудования приводит к повреждению находящегося по соседству оборудования, что в свою очередь может вызвать цепную реакцию.

Таким образом, конструкционные особенности и особенности защиты оборудования сводят к минимуму опасность проведения тепловизионного контроля на подстанциях высокого напряжения.

Особенности проведения диагностики

Обследование проводят обычно на открытом распредустройстве, что накладывает определенные особенности при проведении измерений:

• Коэффициент излучения

Все объекты имеют различный коэффициент излучения. Он определяет интенсивность излучения в ИК диапазоне поверхности материала. Проще говоря – насколько эффективно мы можем измерить температуру объекта с помощью тепловизором.

Коэффициент принимает значения от 0 до 1.

К_и = 1 – соответствует абсолютно черному телу, т.е. поверхности, которая не отражает тепловое излучение, только поглощает и излучает в ИК диапазоне

К_и = 0 – про аналогии с абсолютно белым телом, такое значение коэффициента излучения соответствует абсолютно белому телу. Его излучательная способность и способность поглощать ИК излучение равна 0. Однако такие объекты отражают тепловое излучение от окружающих объектов.

На практике К_и в большинстве принимает значения от 0,95 до 0,2, при этом один и тот же материал может иметь разные коэффициенты излучения в зависимости от состояния поверхности, например:

Как показывает данная таблица, определить температуру полированной меди с помощью тепловизора невозможно, т.к. большая часть регистрируемого теплового излучения от нее будет отраженным излучением от близкорасположенных объектов. Наличие оксидной пленки и краски увеличивает излучающую способность материалов, таким образом измерения температуры, полученные с таких поверхностей будут более точными.

Измерение температуры объектов со значением К_и ниже 0,6 представляет сложность. Хорошим примером таких объектов являются трансформаторы, покрашенные серебрянкой (краской с добавлением алюминиевой пудры).

<

На термограмме трансформатор 110 кВ со стороны бака расширителя. Съемка производилась в дневное время, наивысшая температура зафиксирована в районе РПН. Путем анализа затененных областей мы можем сделать вывод о том, что данный нагрев вызван устройством РПН и не связан с отражением солнца.

• Погодные условия и время суток

На эффективности тепловизионного контроля влияет ряд факторов окружающей среды. Не рекомендуется проводить телевизионное обследование в ясную погоду, это связано с тем что:

1. Солнце нагревает объекты с Ки > 0,6, таким образом, вносит искажения в результат измерений
2. Для объектов с Ки < 0,6 большая часть тепловой картины будет тепловым отражением солнца.

Термограмма бака расширителя трансформатора может показывать уровень масла, но не в данном случае, нагрев в верхней его части вызван солнцем. Такое может происходить по ряду причин (низкий уровень масла, отсутствие циркуляции, низкий коэффициент излучения, ясная погода). Уровень масла при этом видно по выхлопной трубе трансформатора.

Ветер и атмосферные осадки оказывают существенное влияние на температуру объектов, понижая их температуру, тем самым затрудняя обнаружение дефектов.

• Поле зрения и размер измеряемого пятна тепловизора

Поле зрения отвечает за площадь участка, которую охватывает тепловизор, этот параметр зависит в основном от типа объектива. При измерении в ограниченных пространствах (съемка термосифонных фильтров вблизи стены) более удобно использовать широкоугольные объективы, т.к. они позволяют захватить крупные объекты целиком, если они находятся близко. При съемке удаленных объектов (контактные соединения высоковольтной ЛЭП) предпочтительнее использовать объективы с узким углом зрения, что позволит сделать более детализированные снимки небольших и удаленных объектов.

Помимо поля зрения, важным параметром тепловизора является размер измеряемого пятна.

Размер измеряемого пятна означает площадь минимального объекта, которую может увидеть тепловизор на заданном расстоянии с заданным объективом. Т.е. если размер объекта меньше размера измеряемого пятна, то тепловизор покажет не температуру объекта, а среднюю температуру в области размера пятна, в котором находится объект.

Тепловизионный контроль электрооборудования до 1000 В

Безопасность

Тепловизионное обследование электрооборудования, в общем, является одним из наиболее безопасным методов обследования оборудования, но обследование до 1000 В включает дополнительные источники угроз, которые необходимо рассмотреть отдельно.

Изоляционные расстояния на напряжении 0,4 кВ меньше, чем на высоком, и в отдельных случаях существует опасность доступа к открытым токоведущим частям. При этом уровень номинальных токов, а значит и токов короткого замыкания выше на несколько порядков, за счет этого количество выделенной тепловой энергии при возникновении различного вида повреждений будет гораздо выше.

Дуговое замыкание

Возникает при перекрытии изоляционного промежутка между фазами на низком напряжении из-за падения посторонних предметов (при этом предмет, вызвавший замыкания практически мгновенно сгорает). Особенности:

• Отключается медленнее чем короткое замыкание, это связано с тем что сопротивление в канале дуги кратно выше сопротивления при коротком замыкании и оно возрастает в процессе горения за счет электромагнитных сил.
• Количество выделенной энергии кратно выше, чем при КЗ. Температура в канале дуги может достигать десятков тысяч градусов, в купе с большим временем отключения это может привести к полному разрушению ячейки РУ и представляет огромную опасность для персонала находящегося поблизости.

При проведении тепловизионной диагностики оборудование следует учитывать опасность возникновения дугового замыкания и предпринять меры для исключения вероятности его возникновения: не приближаться к токоведущим частям на расстояние более 1 м, не использовать посторонние предметы для любых операций с оборудованием, находящимся под напряжением.

Попадание под напряжение

Межотраслевые нормы при охране труда НЕ регламентируют допустимое расстояние до оборудования ниже 1000В (Табл. 1.1). Изоляционные расстояния на низком напряжении меньше чем на высоком, и в отдельных случаях существует опасность доступа к открытым токоведущим частям.

Ожоги

При тепловизионном обследовании низковольтного оборудования существует опасность прикосновения к заземленным частям оборудования, находящегося под напряжением. Нагрев отдельных частей оборудования обусловлен наличием токов, вызванный потоками рассеяния. Типичным примером такого нагрева является нагрев болтовых соединений баков силовых трансформаторов. При этом температура нагрева может достигать нескольких сотен градусов. Как показывает практика, из-за отсутствия опасности попадания под напряжение персонал работающий с тепловизором часто прикасается пальцами к таким нагретым точкам, что вызывает ожог.

Особенности проведения тепловизионной диагностики оборудования

Расстояние до объекта измерений на оборудовании до 1000 В обычно не превышает 2-х метров, однако оборудование может быть закрыто в ячейках и огорожено конструкциями, которые препятствуют проведению тепловизионного обследования.

Изображение ИК с наложением и обычное для выключателей в литом корпусе, установленных на монтажной пластине внутри шкафчика. Монтажная панель изготавливается обычно из нержавеющей стали без покрытия и на ИК изображении можно увидеть отражение ног специалиста, производящего измерения, при этом отраженная температыра на изобраджении выше те\мпературы объекта, что может составить дополнительную сложность при измерениях.

Для оборудования, находящегося в шкафах и ячейках проведение тепловизионного контроля представляет дополнительную сложность т.к. требуются мероприятия для обеспечения безопасности, в отдельных случаях это невозможно без отключения оборудования, которое сразу начнет остывать, тем самым сводя на нет главное преимущество тепловизионного контроля.

Использование ИК-окон (инфракрасные окна)

Для такого оборудования существует возможность установки инфракрасных окон, это позволит проводить обследование, не прибегая к открытию дверей шкафчиков и ячеек. При выборе диаметра ИК окна следует руководствоваться необходимым полем зрения окна, которое в свою очередь зависит от расположением обследуемого оборудования относительно окна, расстоянием от оборудования до дверцы или стенки шкафа, в котором устанавливается оборудование и необходимым углом обзора.

Расчет поля зрения основан на передовом опыте, используемом во время тепловизионного контроля, и служит руководством при выборе размеров и расположения ИК-окна. Обратите внимание, что на рисунках представлено достижимое поле зрения на расстоянии 30,48 см от цели до ИК-окна. Расчеты на разных расстояниях до цели приведены в таблицах ниже. Фактическое поле зрения может варьироваться в зависимости от расположения оборудования (разделители между фазами, внутренние перегородки и т.д.). Перед сверлением отверстий для установки обязательно проверьте положение ИК-окна.

Ниже приведены иллюстрации с расчетом поля зрения для ИК-окон 95, 75 и 50 мм. Расчет проведен при расстоянии до измеряемого объекта 31,48 см.

Использование ИК окон вносит погрешность в измерения. Это связано с тем, что любой материал не является на 100% прозрачным для ИК излучения и имеют место процессы поглощения и отражения излучения ИК окном не только внутри шкафа, но и со стороны объектов, находящихся снаружи. Для увеличения точности измерения необходимо:

• Проводить измерения тепловизором в непосредственной близости от ИК-окна
• Внести поправочный коэффициент 0,56 – 0,58 это позволит компенсировать пропускную способность и получить точные значения температуры объекта, находящегося за ИК-окном.

Основные преимущества использования ИК-окон

• Большая безопасность за счет отсутствия необходимости открывать силовые шкафы
• Более простые организационные и технические мероприятия, как следствие – большая скорость проведения обследования

Выбор тепловизора

Требования к выбору тепловизору для обследования низковольтного оборудования намного ниже за счет того, что измерения проводятся на сравнительно небольшом расстоянии по сравнению с обследованием высоковольтных РУ. Благодаря этому в большинстве случаев не требуется использовать дорогой тепловизор с большим разрешением.

Для проведения качественного обследования достаточно тепловизора с разрешением 160х120 и стандартным объективом.

Поскольку большая часть дефектов связана с контактными соединениями, не требуется большая чувствительность матрицы, достаточно 0,1 К. 

Протокол тепловизионного обследования электрооборудования

Правильно составленный протокол по тепловизионному контролю может стать полезным инструментом в отслеживании тенденций изменения состояния обследуемого оборудования. В зависимости от типа обследуемого объекта отчет может содержать различные типы дополнительных данных, которые отражают особенности измерений в том или ином случае.

Современные программы обработки ИК-изображений позволяют автоматически создавать отчеты. Отчет генерируется в форматах совместимых с MS Word и включает в себя:

• Титульный лист. С названием компании, который содержит «заголовок», название компании, логотипы, контактные данные и другую информацию общего назначения.
• Основные страницы отчета.

Далее на страницу подгружается ИК изображение с табличным и графическим отображением функций анализа, например температура маркера, средняя температура в области и т.д.

Маркеры основного изображения:

Выводы

Тепловизор – невероятно удобный инструмент для безопасного контроля и диагностики электрооборудования и электроустановок под любыми напряжениями. Надеемся, что наши рекомендации помогли вам понять основные нюансы проведения тепловизионного обследования, а также получить основные критерии для выбора оптимального тепловизора и комплектующих для него.

Посмотреть:

• Цены на тепловизоры