| Thermografie für die Elektrik vor Ort
Häufig untersuchte Bauteile
- (Dreiphasen-)Stromverteilung
- Sicherungskästen
- Kabel und Anschlüsse Thermografie für die Elektrik vor Ort
- Relais/Schalter
- Isolatoren
- Kondensatoren
- Schaltanlagen
- Leistungsschalter
- Steuerungen
- Transformatoren
- Motoren
- Batteriesätze
Typische Gründe für Temperaturspitzen und Abweichungen
- Ungleichmäßige Lastverteilung
- Oberschwingungen (3. Oberschwingung des Stroms in Neutral)
- Überlastete Systeme/übermäßige Stromaufnahme
- Erhöhter Widerstand im Stromkreis durch Wackelkontakt oder rostige Anschlüsse (normalerweise heizt sich eine Seite des Bauteils auf)
- Defekte Isolierungen
- Komponentenausfälle
- Verdrahtungsfehler
- Unterspezifizierte Bauteile (wie Sicherungen) heizen sich auf beiden Seiten auf
Ungewöhnliches Erhitzen im Zusammenhang mit hohem Widerstand oder übermäßigen Stromfluss ist die Hauptursache vieler Probleme bei elektrischen Anlagen. Mittels Thermografie lassen sich diese sonst unsichtbaren thermischen Anzeichen bevorstehender Schäden frühzeitig erkennen, noch bevor die Schäden tatsächlich eintreten. Sobald Strom durch einen elektrischen Schaltkreis fließt, wird ein Teil der Elektroenergie in Wärmeenergie umgewandelt. Das ist normal. Wenn es in dem Schaltkreis jedoch einen ungewöhnlich hohen Widerstand gibt oder der Stromfluss ungewöhnlich hoch ist, kommt es zu ungewöhnlich hohen Temperaturen. Das ist verschwenderisch, gefährlich und nicht normal.
Das Ohm'sche Gesetz (P=I2R) beschreibt die Beziehung zwischen Strom, elektrischem Widerstand und der erzeugten Kraft oder Wärmeenergie. Wir verwenden hohe elektrische Widerstände für positive Ergebnisse wie Hitze in einem Toaster oder in einer Glühlampe. Zuweilen wird jedoch unerwünschte Wärme erzeugt, infolgedessen teure Schäden entstehen. Zu kleine Leiter, Wackelkontakte oder übermäßiger Stromfluss können ungewöhnlich viel unerwünschte Wärme erzeugen, die zu gefährlich heißen elektrischen Stromkreisen führt. Die Bauteile können praktisch so heiß werden, dass sie schmelzen.
Mit Wärmebildkameras von Fluke lassen sich Wärmesignale im Zusammenhang mit hohem elektrischen Widerstand schon lange vor einer zu starken Erhitzung des Schaltkreises sichtbar machen, sodass es nicht zum Stromausfall oder zu einer Explosion kommt. Achten Sie auf zwei grundlegende Wärmebildmuster, die mit Ausfällen der Elektrik in Zusammenhang stehen: 1) ein hoher, durch schlechten Oberflächenkontakt erzeugter Widerstand und 2) ein überlasteter Schaltkreis oder ein Ungleichgewicht bei Mehrphasenstrom.
Kontaktprobleme Wärme wird erzeugt, wenn Strom durch einen Kontakt mit hohem elektrischen Widerstand fließt. Diese Art von Problemen wird typischerweise mit Schalterkontakten und Steckern in Verbindung gebracht. Die Stelle, die tatsächlich heiß wird, ist anfangs häufig sehr klein – kleiner als 0,16 cm. Unten finden Sie ein paar Beispielbilder der Wärmebildkamera von Fluke, die während einer Produktvorführung für einen Kunden gemacht wurden.
Wärmebild A) zeigt eine Motorsteuerung für einen Fahrstuhl in einem großen Hotel. Eine der Dreiphasenverbindungen hatte einen Wackelkontakt, der zu einem erhöhten Widerstand an der Verbindung geführt hat. Die übermäßige Erwärmung erzeugte einen Temperaturanstieg von 50 °C (90 F). Wärmebild B) zeigt eine Dreiphasen-Sicherungsinstallation, bei der das eine Ende der Sicherung einen schwachen elektrischen Kontakt im Schaltkreis hat. Der erhöhte Kontaktwiderstand führte zu einer um 45 °C (81 °F) höhere Temperatur an dieser Verbindung im Vergleich zu den anderen Sicherungsverbindungen. Wärmebild C) zeigt eine Sicherungsklammer, bei der ein Kontakt um 55 °C (99 °F) heißer ist als die anderen. Und Wärmebild D) zeigt einen Zweiphasen-Wandstecker, bei dem die Kabelverbindungen locker waren und die Klemmen infolgedessen um 55 °C (100 °F) heißer waren als die Umgebung.
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| A) Steuerung |
B) Dreiphasen-Sicherung |
C) Sicherungsklemme |
D) Wandstecker |
Alle vier Beispiele zeigen ernsthafte Probleme und mussten sofort behoben werden. Wärmebild B) zeigt ein interessantes Prinzip, das zur Interpretation von Wärmebildmustern elektrischer Schaltkreise verwendet wird. Die Sicherung ist nur an einer Seite heiß. Wäre die Sicherung an beiden Seiten heiß, müsste das Problem anders interpretiert werden. Ein überlasteter Schaltkreis, Phasenasymmetrie oder eine zu kleine Sicherung würden zu einer Überhitzung beider Seiten der Sicherung führen. Ist dagegen nur eine Seite heiß, weist dies auf einen hohen Kontaktwiderstand an der heißen Seite hin.
Der Wandstecker in Wärmebild D) war ernsthaft beschädigt (siehe Bild unten). Er hat dennoch funktioniert, bis er ausgewechselt wurde. 
Probleme mit überlasteten Schaltkreisen Die folgenden Wärmebilder zeigen überlastete Schaltkreise. Wärmebild E) zeigt eine Leiterplatte, bei der die Temperatur des Hauptschalters um 75 °C (135 °F) über der Umgebungstemperatur liegt. Die gesamte Platte ist überlastet und muss dringend gewartet werden. In den Wärmebildern E) und F) sind alle Standardschaltkreisschalter überhitzt. Die Temperaturen lagen 60 °C (108 °F) über der Umgebungstemperatur. Auf dem Wärmebild sind die Drähte zwar blau, trotzdem sind sie auch heiß, nämlich 45 bis 50 °C (81 bis 90 °F). Die gesamte elektrische Anlage muss erneuert werden.
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| E) Leiterplatte |
F) Leiterplatte |
G) Steuerung |
H) Stromwandler |
Wärmebild G) zeigt eine Steuerungsleitung, deren Temperatur ca. 20 °C (36 °F) über der der anderen liegt. Hier muss untersucht werden, warum ein Draht so viel heißer ist als die anderen, und die erforderliche Reparaturmaßnahme muss ermittelt werden. Wärmebild H) zeigt einen Stromwandler, der um 14 °C (25 °F) wärmer ist als die anderen beiden Stromwandler in einer Dreiphasen-Hausanschlussinstallation. Dies weist auf eine starke Asymmetrie des Hausanschlusses oder einen fehlerhaften Stromwandler hin und könnte sich erheblich auf die Stromrechnung des Kunden auswirken.
Belastungsanforderungen Bei einer Untersuchung ist es wichtig, dass das System belastet ist. Warten Sie mit der Untersuchung bis zum „schlimmsten Fall“ oder auf Spitzenzeiten oder eine Belastung von mindestens 40 % (nach NFPA 70B). Hitze, die durch einen Wackelkontakt entsteht, steigt quadratisch zur Belastung an: je höher die Belastung, desto leichter lassen sich Probleme entdecken.
Denken Sie auch an die Kühlwirkung von Wind oder anderen Luftbewegungen.
Nur Oberflächentemperaturen Wärmekameras können nicht durch Stromkästen oder feste Leitungskästen aus Metall sehen. Öffnen Sie diese möglichst, damit die Kamera die elektrischen Schaltkreise und Bauteile direkt aufnehmen kann. Sollten Sie an der äußeren Oberfläche eines Gehäuses eine ungewöhnlich hohe Temperatur feststellen, können Sie davon ausgehen, dass die Temperatur im Inneren sogar noch höher, normalerweise sehr viel höher, ist. Im Folgenden werden einige Wärmebilder eines Leitungsgehäuses gezeigt, die auf ein ernsthaftes Problem mit den Elektroleitungen im Gehäuse hinweisen. Die heißen Stellen waren um 10 °C heißer als die Umgebung und 6 °C heißer als andere Teile des Gehäuses.
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| I) |
J) |
K) |
L) Leitungsgehäuse |
Elektrische Verteilung In einer elektrischen Anlage finden sich praktisch Hunderte verschiedener technische Teile. Angefangen bei der Stromerzeugung über Hochspannungsverteilung, Freiluftschaltanlagen und Umspannwerken bis hin zu Hausanschlusstransformatoren, Schaltanlagen, Schaltern, Messgeräten, lokalen Verteilern und Gerätewänden. Viele Energieversorger haben Wärmebildkameras von Fluke angeschafft, um ihre Instandhaltungsaufgaben zu erleichtern. Und fast in jeder Branche wurden Kameras von Fluke gekauft, die bei der Instandhaltung von elektrischen Verteilersystemen eingesetzt werden.
Wärmebild M) zeigt einen Hausanschlusstransformator, bei dem etwas Kühlöl ausgelaufen ist. Dies führte an der Oberseite zu gefährlich überhitzten Spulen. Ein Anschluss war um 160 °C (288 °F) heißer als die Umgebungstemperatur. Dieser Transformator musste sofort ersetzt werden, aber das Unternehmen wollte die Reparatur noch um einen Monat hinausschieben, um sie im Rahmen einer planmäßigen Abschaltung der gesamten Anlage vorzunehmen. Zur Überwachung des Transformatorzustands wurde eine Kamera von Fluke eingesetzt, und die Reparatur konnte erfolgreich verzögert werden. Wärmebild N) zeigt einen am Mast befestigten Hausanschlusstransformator mit einem Anschluss, dessen Temperatur 30 °C (54 °F) über der Umgebungstemperatur liegt. Dieser Zustand verlangte eine Reparatur bei der nächstmöglichen Gelegenheit. Wärmebild O) zeigt einen heißen Hauptanschluss an einem Schutzschalter eines Umspannwerks in Mexiko. Der Anschluss war 14 °C (25 °F) heißer als die anderen. Dies wurde als dringendes Problem angesehen. Wärmebild P) zeigt einen Freileitungsanschluss in einem Umspannwerk in Peru. Er war nur um knapp 10 °C (18 °F) heißer als die Umgebung und stellte kein dringendes Problem dar.
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| M) Transformator |
N) Transformator |
O) Schutzschalter |
P) Anschluss | | |