1.ВВЕДЕНИЕ
1.1.Надежность электрооборудования в значительной степени определяется качеством контактных соединений, изоляцией и конструкцией электрооборудования, которое часто работает в неблагоприятных условиях. В процессе эксплуатации электрооборудование подвергается одновременному воздействию сильных электрических полей, нагреву, механическим воздействиям, действию окружающей среды и т.д. Под действием этих факторов изменяются технические характеристики электрооборудования, что может привести к неисправностям и к аварийным ситуациям. Ранее обнаружение неисправностей дает возможность своевременно принять меры к их устранению.
1.2.Методика тепловизионного контроля предназначена для выявления дефектов электрооборудования и может применяться по всему циклу производства и распределения электроэнергии от электростанций, вырабатывающих электроэнергию до ее потребителей.
1.3.Данная методика предназначена для проведения тепловизионного контроля разработана на основании опыта работы нашей и других организаций, занимающихся тепловизионным контролем электрооборудования
1.4.Основными источниками разработки методики являются:
- РД 34.45–51.300–97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования»;
- РД 153–34.0–20.363–99 «Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ»;
- 1163.00.00.000 Д «Методика тепловизионного контроля элементов электрического оборудования станций и электрических сетей».
- Руководство пользователя 2011 г. Фирмы Testo-881–2.
- Руководство пользователя 2008 г. Фирмы Testo-880–3.
1.5.Целью настоящей методики является повышение достоверности результатов контроля во время эксплуатации электрооборудования, за счет получения информации (термограмм) с помощью тепловизора с их поверхности, выявление зон и локальных нагревов на электрооборудовании и установка браковочных признаков (контактных соединений, разрядников, ОПН, силовых трансформаторов, высоковольтных вводов, баков выключателей масляных, элегазовых, вакуумных и др.) с учетом различных факторов, влияющих на контроль (геометрических размеров, метеоусловий, токовых нагрузок и т.д. и т.п.).
2.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНФРАКРАСНОМ ИЗЛУЧЕНИИ.
2.1.Температура – это характеристика системы, находящейся в тепловом равновесии. Она является мерой средней кинетической энергии хаотического движения молекул.
2.2.Всякое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, излучает с поверхности тепло и одновременно воспринимает тепло лучей, испускаемых окружающими телами, то есть происходит теплообмен. В результате тело может нагреваться охлаждаться или находиться в равновесии.
2.3.По характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом тепловой контроль согласно ГОСТ Р 56542–2015 подразделяется на контактный, конвективный и собственного излучения.
2.4.Инфракрасное (ИК) излучение является областью электромагнитных колебаний, по своей физической природе сходной со световым излучением. Также как световое, ИК – излучение представляет собой поперечное относительно направления луча электромагнитные волны. Они распространяются от источника прямолинейно в любой однородной физической среде – вакууме, газах, жидкостях и твердых веществах. ИК- излучение лежит в области 0,71 х 10-6 – 10-3 м. В теплотехнике, длины волн в инфракрасной области принято выражать в микромметрах (мкм).
2.5.В связи со способом регистрации ИК- излучения и выбором для этого соответствующих приемников, область ИК- излучения разделяется на тьри диапазона:
- коротковолновый (ближний) — λ = 0,76 – 1,4 мкм.
- средневолновый (средний) — λ = 1,4 – 5 мкм.
- дальневолновый (дальний) — λ = 5 – 14 мкм.
3.ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОВЕДЕНИЕ ИК_КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВИЗОРА.
3.1. Каждый объект с температурой, отличной от абсолютного нуля, испускает излучение, которое называется тепловым или инфракрасным. Наибольший практический интерес представляет диапазон волн 2–14 мкм, поскольку большая часть энергии излучения, испускаемого объектами при земных температурах, приходится именно на этот диапазон и в нем находятся окна прозрачности атмосферы.
3.2.При проведении инфракрасного обследования электрооборудования существенное значение имеет выявление и устранение систематических и случайных погрешностей, оказывающих влияние на результаты измерения.
Систематические погрешности заключены в конструкции измерительного прибора и зависят от его выбора в соответствии с требованиями к совершенству измерения (разрешающей способности, поля наблюдения и т.п.).
Случайными погрешностями, возникающими при проведении ИК-контроля, могут являться: воздействие солнечной радиации, излучательная способность и др.
Инфракрасный контроль желательно проводить при отсутствии солнца (в облачную погоду или ночью), предпочтительно перед восходом солнца, при минимальном воздействии ветра в период максимальных токовых нагрузок, лучше весной — для уточнения объема ремонтных работ и(или) осенью — в целях оценки состояния электрооборудования перед зимним максимумом нагрузки.
3.3.Припроведении тепловизионного контроля следует учитывать влияние
следующих факторов:
- размеры объекта контроля, расстояния до него и угол наблюдения;
- форму объекта контроля, состояние поверхности и ее излучательная способность (степень черноты) «ε»;
- наличие по соседству мощных источников тепла;
- токовую нагрузку;
- климатические условия (скорость ветра, дождь, туман, дымка и т.д.).
3.3.1.Влияние размеров объекта контроля, расстояния до него и угол наблюдения.
Наибольшее расстояние от тепловизора до элемента контроля зависит от размеров объекта и от мгновенного угла зрения тепловизора.
Так мгновенный угол зрения тепловизоров Testo составляет 3,3 мРад. Соответственно, минимальный размер элемента определяемый с расстояния 1 м составляет 10 мм (при стандартном объективе) и 3 мм (при использовании телеобъектива).
В таблице 1 приведены наименьшие размеры объекта измерения в зависимости от расстояния от объекта до тепловизора.
При минимальных размерах объекта тепловизор покажет температуру с погрешностями, указанными в паспорте прибора. Поэтому при размерах объекта меньше, указанных в таблице 1, тепловизор покажет заниженную, а не истинную температуру. Для устранения этой погрешности измерения необходимо, чтобы минимальный размер объекта измерений превышал размер, указанный в таблице 1 для данного расстояния.
Таблица 1
| Расстояние до контролируемого
объекта в (м) |
Минимальный размер контролируемого объекта в (см) |
| 1 | 1,0/0,3 |
| 2 | 2,0/0,6 |
| 3 | 3,0/0,9 |
| 4 | 4,0/1,2 |
| 5 | 5,0/1,5 |
| 6 | 6,0/1,8 |
| 7 | 7,0/2,1 |
| 8 | 8,0/2,4 |
| 9 | 9,0/2,7 |
| 10 | 10,0/3,0 |
| 11 | 11,0/3,3 |
| 12 | 12,0/3,6 |
| 13 | 13,0/3,9 |
| 14 | 14,0/4,2 |
| 15 | 15,0/4,5 |
| 16 | 16,0/4,8 |
| 17 | 17,0/5,1 |
| 18 | 18,0/5,4 |
| 19 | 19,0/5,7 |
| 20 | 20,0/6,0 |
3.3.2. Влияние формы объекта контроля, состояние поверхности и ее излучательная способности (степени черноты) «ε»
Каждая поверхность, обладающая вполне определенным собственным коэффициентом излучения, имеет эффективный коэффициент излучения, изменяющийся в зависимости от наклона поверхности, а также от отражения соседних поверхностей. Комбинация трех плоскостей, образующая трехгранник, дает излучение, приближающееся к излучению черного тела. Вследствие зависимости коэффициента излучения от угла наблюдения эффективный коэффициент излучения неплоских поверхностей различен в разных точках, хотя речь идет об одном и том же материале, коэффициент излучения которого по нормали — величина постоянная.
Для металлов коэффициенты излучения постоянны в интервале углов наблюдения 0 — 40°, для диэлектриков — в интервале углов 0 — 60°. За пределами этих значений коэффициент излучения быстро уменьшается до нуля при направлении наблюдения по касательной. Так, если длина волны излучения равна 10 мкм, то при наблюдении по нормали вода близка к абсолютно черному телу, а при наблюдении по касательной становится зеркалом и Е= 0.
Фарфоровые покрышки вводов, измерительных трансформаторов, конденсаторов имеют ребристую поверхность. Кроме влияния угла наблюдения на коэффициент излучения необходимо также учитывать возможную погрешность при измерении их температуры в результате изменения коэффициента излучения. За температуру покрышки в этом случае рекомендуется принимать участок вертикальной ее поверхности, а измерение осуществлять, по возможности располагая инфракрасный прибор по нормали к поверхности покрышки.
Влияние на точность измерения состояния поверхности и ее излучательной способности (степени черноты).
Влияние излучательной способности.
Коэффициент излучения материала в общем виде зависит от длины волны, угла наблюдения поверхности контролируемого объекта и температуры. Для металлов, в отличие от газообразных и жидких веществ, спектральный коэффициент излучения изменяется весьма слабо.
Коэффициенты излучения металлов с ростом температуры обычно увеличиваются и зависят от состояния поверхности металла.
Поскольку токоведущий узел электрического аппарата или установки может включать в себя несколько компонентов из разнородных металлов, поверхности которых окрашены и имеют оксидные пленки или разную степень обработки поверхности, т.е. различные коэффициенты излучения, при инфракрасном контроле могут возникнуть предположения о перегревах на участках с повышенными коэффициентами излучения. В подобных ситуациях целесообразно провести по фазное сравнение результатов измерения, оценить состояние поверхности перегретого участка (точки) с помощью бинокля, выяснить объем ремонтных работ, проводившихся на данном токоведущем узле, и т.п.
В случае, если коэффициент излучения контролируемого объекта известен, его фактическая температура может быть определена по формуле:
Т факт= Т рад/Е 1/4
где Т рад — радиационная температура, измеренная ИК-прибором; Е — коэффициент излучения контролируемой поверхности.
В практике может возникнуть необходимость в определении коэффициента излучения контролируемого объекта или его узла.
Для этого на участок контролируемой поверхности наносится покрытие из матовой черной краски или наклеивается кусок ленты для фотошаблонов, коэффициенты излучения которых близки к единице. После того, как покрытие или лента приобретает температуру объекта, осуществляется измерение Т факт.
Измерив температуру Т рад неокрашенного участка, по приведенной выше формуле можно определить его коэффициент излучения.
В электроустановках различия в углах наблюдения может возникнуть при проведении ИК-контроля под углом к токоведущей шине .
При коэффициенте излучения объекта меньше 0,2 инфракрасный контроль последнего может оказаться невозможным в результате несовместимости собственного излучения и отражения. Для абсолютного определения температуры объекта необходимо точно определить численное значение коэффициента излучения. Значение температурной ошибки в этом случае будет зависеть от излучательной способности объекта, спектрального диапазона инфракрасного прибора и температуры.
Таблица 2.
Температурная ошибка при изменении излучательной способности на 1 %
| Температура
объекта, °С |
Температурная ошибка при спектральном диапазоне прибора оС
рная ошибка пр и спектрально м диапазоне пр ибора, °С |
||||
| 2,3 мкм | 3,43 мкм | 5,0 мкм | 7,9 мкм | 10,6 мкм | |
| 0 | - | - | - | 0,3 | 0,3 |
| 10 | - | - | - | 0,2 | 0,2 |
| 20 | - | - | - | 0,0 | 0,0 |
| 30 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
| 40 | — | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| 50 | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| 60 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,4 |
| 100 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 |
| 200 | 0,4 | 0,5 | 0,8 | 1,1 | 1,2 |
| 300 | 0,5 | 0,8 | 1,1 | 1,6 | 1,9 |
| 500 | 1,0 | 1,4 | 2,0 | 2,9 | 3,3 |
В табл. 2 показаны значения температурной ошибки, вызванной изменением излучательной способности на 1 %.
Форма объекта и состояние поверхности являются причиной одной из главных ошибок при проведении измерений с помощью различных радиометров и тепловизоров. Так как излучательная способность (степень черноты) у различных материалов колеблется в очень больших пределах от 0,1 до 1 в зависимости от шероховатости поверхности, температуры и других факторов.
Отношение плотности потока излучения от объекта измерения к плотности потока излучения от черного тела, имеющего ту же температуру и излучающего в туже внешнюю среду, называется излучательной способностью и обозначается буквой Е. (так же можно встретить следующие понятия: степень черноты, излучательная способность, коэффициент излучения).
Коэффициенты излучения различных материалов для направления, совпадающего с нормалью к поверхности, приведены в таблице 3.
В основном излучательная способность (степень черноты) контролируемого электрооборудования лежит в пределах 0,7 – 0,9.
Крашенные поверхности обладают оптическими свойствами краски.
Неопределенность величины излучательной способности, которая принимается по таблице или визуально, может быть самым большим источником ошибки при измерении температуры.
Форма объекта важна для устранения зеркального отражения. При малых углах визирования по отношению к поверхности, любые материалы проявляют зеркальные свойства. В отражении будут видны более теплые объекты, расположенные сбоку или сзади контролируемого объекта. Подсветка контролируемого объекта сторонними источниками тепла существенно сказывается на результатах измерений если происходит зеркальное отражение постороннего потока. Мерой устранения ошибок при измерении служит правильный выбор расстояния и угла визирования. По возможности необходимо ориентировать оптическую ось прибора под углом 90° к поверхности контролируемого объекта.
Таблица 3
Коэффициенты излучения Ет различных материалов
(для направления, совпадающего с нормалью к поверхности)
| №№ | Материалы | Температура , °С | Коэффициент излучения |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | Алюминий полированный | 50 — 500 | 0,04 – 0,06 |
| 2 | Алюминий с шероховатой поверхностью | 20 ‑50 | 0,06 – 0,07 |
| 3 | Алюминий сильно окисленный | 150 — 500 | 0,2 – 0,25 |
| 4 | Железо, свежеобработанное наждаком | 20 | 0,242 |
| 5 | Железо окисленное гладкое | 100 | 0,736 |
| 6 | Железо окисленное гладкое | 125 — 525 | 0,78 – 0,82 |
| 7 | Железо, покрытое красной ржавчиной | 20 | 0,61 – 0,85 |
| 8 | Железо горячепрокатное | 20 | 0,77 |
| 9 | Железо листовое, оцинкованное, очень блестящее | 28 | 0,228 |
| 10 | Железо листовое, оцинкованное, серое, окисленное | 24 | 0,276 |
| 11 | Жесть белая, старая | 20 | 0,28 |
| 12 | Медь, шабренная до блеска, но не зеркальная | 22 | 0,072 |
| 13 | Медь полированная | 50 — 100 | 0,02 |
| 14 | Медь окисленная | 50 | 0,6 – 0,7 |
| 15 | Медь, покрытая толстым слоем окиси | 25 | 0,78 |
| 16 | Медь, окисленная до черноты | 5 | 0,88 |
| 17 | Сталь листовая, прокатная | 50 | 0,56 |
| 18 | Сталь листовая, с блестящим слоем окиси | 25 | 0,82 |
| 19 | Сталь с шероховатой поверхностью | 50 | 0,95 – 0,98 |
| 20 | Сталь ржавая, красная | 20 | 0,69 |
| 21 | Сталь никелированная, листовая | 20 | 0,11 |
| 22 | Сталь свежепрокатанная | 20 | 0,24 |
| 23 | Сталь сильно окисленная | 50 | 0,88 |
| 24 | Чугун шероховатый, сильно окисленный | 40 — 250 | 0,95 |
| 25 | Чугунное литье | 50 | 0,81 |
| Разные материалы | |||
| 26 | Асфальт | 25 — 30 | 0,95 |
| 27 | Бумага разных цветов | 20 | 0,7 – 0,9 |
| 28 | Бумага покрытая черным лаком | 20 | 0,93 |
| 29 | Бумага черная матовая | 20 | 0,94 |
| 30 | Бумажный картон разных сортов | 25 — 30 | 0,89 – 0,93 |
| 31 | Краски масляные, различных цветов | 100 | 0,92 – 0,96 |
| 32 | Лак черный, матовый | 40 — 95 | 0,96 – 0,98 |
| 33 | Лак черный, блестящий, распыленный на железо | 25 | 0,88 |
| 34 | Лак белый | 40 — 100 | 0,80 – 0,95 |
| 35 | Лак белый эмалевый на железной шероховатой пластине | 23 | 0,90 |
| 36 | Лак бакелитовый | 80 | 0,93 |
| 37 | Лак алюминиевый, на шероховатой поверхности | 20 | 0,39 |
| 38 | Лак жаропрочный | 100 | 0,92 |
| 39 | Резина мягкая, серая, шероховатая | 24 | 0,86 |
| 40 | Ткань хлопчатобумажная и льняная | 25 — 30 | 0,92 – 0,96 |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 41 | Фарфор белый, блестящий | - | 0,7 – 0,75 |
| 42 | Фарфор глазурованный | 22 | 0,92 |
| 43 | Шеллак черный, блестящий на луженном железе | 21 | 082 |
| 44 | Шеллак черный, матовый | 75 — 145 | 0,91 |
| 45 | Эмаль белая | 20 | 0,90 |
Излучающая поверхность определенной геометрической формы характеризуется пространственным коэффициентом излучения. Коэффициент излучения в зависимости от угла наблюдения для сферы на холодном фоне.
Уменьшение коэффициента излучения при больших углах обусловлено ростом отражательной способности, при этом эффективные температуры становятся меньше действительных. Когда две поверхности объекта образуют двугранный угол, существует связь между параметрами излучения, вследствие многократных отражений (рис. 8).
3.3.3.Наличие мощных источников тепла.
При ИК.-диагностике на открытом воздухе основным источником погрешности могут являться прямая и отраженная солнечная радиация, а также рассеянное излучение и излучение источников искусственного освещения. В помещении такими источниками являются рассеянный и отраженный свет от окружающих объектов и светильников. Влияние отраженного света тем больше, чем меньше излучательная способность объекта.
При ИК-контроле токоведуших частей, расположенных в небольших замкнутых объемах (например, в КРУ или КРУН), приходится сталкиваться с возможностью получения ошибочных результатов из-за теплового отражения от нагревательных элементов, ламп освещения, соседних фаз и др. Последнее проявляется при контроле токоведушей части с малым коэффициентом излучения, обладающей хорошей отражательной способностью. В результате термографическая съемка может показать горячую точку (пятно), хотя в действительности это просто тепловое отражение. Поэтому рекомендуется в подобных случаях производить ПК-обследование объекта под различными углами зрения и при изменении места положения оператора с ПК-прибором.При необходимости на время измерения отключается освещение объекта.
Солнечная радиация нагревает контролируемый объект и при наличии участков (узлов) с хорошей отражательной способностью создает впеча
Тепловизионное обследование, проводимое Электролабораторией в Москве и Московской области даёт уверенность в качестве оборудования и уровне его эксплуатации, так же благодаря обследованию появляется возможность определить проблемные элементы оборудования, если таковые имеются, что позволяет грамотно распорядиться ресурсами и устранить все проблемы в кратчайшие сроки с наименьшими затратами.
