| Warmtebeeldtechniek voor elektrotechnische installatiecomponenten
Vaak gecontroleerde componenten
- Stroomverdeling (driefasenstroom)
- Zekeringkasten
- Kabels en aansluitingen
- Relais/schakelaars
- Isolatoren
- Condensatoren
- Verdeelstations
- Stroomonderbrekers
- Controllers
- Transformatoren
- Motoren
- Accumulatorbatterijen
Normale oorzaken van hotspots of temperatuurafwijkingen
- Asymmetrische belastingen
- Harmonischen (3e harmonische stroom in nulleider)
- Overbelaste systemen/overstroom
- Losse of gecorrodeerde aansluitingen en daardoor meer weerstand in het circuit (meestal warmen componenten aan één zijde op)
- Defecte isolatie
- Defecte component
- Foutieve bedrading
- Componenten (zoals zekeringen) met een te lage specificatie worden aan beide zijden van de zekering warm
Abnormale opwarming door een hoge weerstand of overstroom is de hoofdoorzaak van veel problemen in elektrische systemen. Met infraroodthermografie kunnen we deze onzichtbare 'hittehandtekeningen' van dreigende schade zien voordat er daadwerkelijk schade ontstaat. Wanneer er stroom door een elektrisch circuit stroomt, wordt een deel van de elektrische energie omgezet in warmte-energie. Dit is normaal. Maar als er een abnormaal hoge weerstand in het circuit aanwezig is of een abnormaal hoge stroom, wordt er een abnormaal grote warmte gegenereerd, wat een verspilling is, mogelijk schade veroorzaakt en niet normaal is.
De wet van Ohm (P=I2R) beschrijft de relatie tussen stroom, elektrische weerstand en het vermogen of de energie die wordt gegenereerd. Wij gebruiken een hoge elektrische weerstand voor positieve resultaten zoals warmte in een broodrooster of licht in een lamp. Soms wordt er echter ongewenste warmte gegenereerd, die grote schade tot gevolg heeft. Ondergespecificeerde geleiders, losse verbindingen of overstroom kunnen een abnormaal hoge ongewenste opwarming veroorzaken en leiden tot gevaarlijk hete elektrische circuits. Componenten kunnen letterlijk zo heet worden, dat ze smelten.
Lang voordat het circuit dermate heet wordt dat het uitvalt of dat er een explosie plaatsvindt, zijn met Fluke infraroodcamera's de hittehandtekeningen als gevolg van hoge elektrische weerstand zichtbaar. Denk eraan dat er door elektrische storing twee standaard-warmtepatronen kunnen ontstaan: 1) een hoge weerstand als gevolg van een slecht contactoppervlak en 2) een overbelast circuit of onbalans in meerfasige stroom.
Contactproblemen Hitte wordt geproduceerd doordat stroom door een contact met een hoge elektrische weerstand gaat. Dit type probleem treedt doorgaans op bij schakelaarcontacten en connectoren. Het feitelijke opwarmingspunt kan vaak zeer klein zijn, aanvankelijk zelfs kleiner dan 0,16 cm. Hieronder staan enkele voorbeelden die tijdens demonstraties bij klanten met een Fluke warmtebeeldcamera werden gevonden.
Thermogram A) is een motorregeling voor een lift in een groot hotel. Een van de drie fase-aansluitingen was losgeraakt, waardoor bij de connector steeds meer weerstand ontstond. Door de extra warmte steeg de temperatuur met 50 °C. Thermogram B) is een driefasen-zekeringsysteem waarbij één zijde van een zekering slecht elektrisch contact maakt met het circuit. De toegenomen contactweerstand veroorzaakte een 45 °C hogere temperatuur bij die aansluiting dan bij de andere zekeringaansluitingen. Thermogram C) is een zekeringklem waarbij één contact 55 °C warmer is dan de andere. Thermogram D) ten slotte is een tweefasige wandcontactdoos waar de draadverbindingen loszaten waardoor de aansluitingen 55 °C warmer werden dan hun omgeving.
 |
 |
 |
 |
| A) Regeling |
B) 3-fasenzekering |
C) Zekeringklem |
D) Wandcontactdoos |
Alle vier de voorbeelden waren dermate ernstig dat er onmiddellijk actie moest worden ondernomen. Thermogram B) toont een interessant principe bij de interpretatie van warmtepatronen in elektrische circuits. De zekering is maar aan één zijde warm. Als de zekering aan beide zijden warm zou zijn, zou het probleem anders worden geïnterpreteerd. Door een overbelast circuit, faseonbalans of een ondermaatse zekering zouden beide uiteinden van de zekering oververhit raken. Aangezien de zekering slechts aan één zijde warm is, zou het probleem veroorzaakt worden door een hoge contactweerstand aan de opgewarmde zijde.
De wandcontactdoos in Thermogram D) was ernstig beschadigd, zoals zichtbaar in onderstaande afbeelding; hij bleef echter werken totdat hij werd vervangen. 
Problemen door overbelast circuit De volgende thermogrammen laten overbelaste circuits zien. Thermogram E) is van een circuitpaneel waarin de hoofdonderbreker bovenaan 75 °C warmer is dan de omgevingstemperatuur. Het totale paneel is overbelast en vraagt om onmiddellijke aandacht. Thermogrammen E) en F) laten zien dat alle standaard stroomonderbrekers oververhit zijn. De temperatuur was 60 °C hoger dan de omgevingstemperatuur. Hoewel de bedrading in het thermogram blauw van kleur is, is deze eveneens heet, 45 °C tot 50 °C. Het hele elektrische systeem moet worden gereviseerd.
 |
 |
 |
 |
| E) Circuitpaneel |
F) Circuitpaneel |
G) Controller |
H) Stroomtransformator |
Thermogram G) toont een leiding van een controller die circa 20 °C warmer is dan de andere. Verder onderzoek is nodig om vast te stellen waarom één draad zoveel warmer is dan de andere en welke reparatie nodig is. Thermogram H) toont een stroomtransformator die 14 °C warmer is dan de andere twee transformatoren in een driefasen-service-installatie. Dit duidt op een ernstige onbalans in de voorziening of een defecte stroomtransformator die grote gevolgen kan hebben voor de stroomrekening van de klant.
Eisen ten aanzien van belasting Bij het uitvoeren van een inspectie is het belangrijk dat het systeem belast is. Wacht met de inspectie tot de 'worst case' of piekbelastingen, of tot de belasting ten minste 40% (volgens NFPA 70B) is. De warmte die wordt gegenereerd door een losse verbinding neemt toe in het kwadraat van de belasting; hoe hoger de belasting, des te gemakkelijker problemen kunnen worden gevonden.
Denk eraan rekening te houden met de afkoelende werking van wind of andere luchtverplaatsing.
Uitsluitend oppervlaktetemperaturen Infraroodcamera's kunnen niet door elektrische kasten of massieve metalen busplaten 'kijken'. Open zo mogelijk behuizingen zodat de camera de elektrische circuits en componenten direct kan zien. Indien u een abnormaal hoge temperatuur aan het buitenoppervlak van een behuizing vaststelt, kunt u ervan uitgaan dat de temperatuur binnenin de behuizing hoger, meestal zelfs veel hoger is. Hieronder zijn enkele thermogrammen van een busbehuizing afgebeeld, waarbij een ernstig probleem met de elektrische bussen in de behuizing zichtbaar is. De hotspots waren rond 10 °C warmer dan de omgevingstemperatuur en 6 °C warmer dan andere delen van de busbehuizing.
 |
 |
 |
 |
| I) |
J) |
K) |
L) Busbehuizingen |
Stroomverdeling Een elektriciteitsnetwerk kan letterlijk uit wel honderden verschillende onderdelen bestaan. Aan de ene kant is er de productie door het nutsbedrijf, de hoogspanningsverdeling, schakelterreinen en verdeelstations, en aan de andere kant de servicetransformatoren, schakelinstallaties, onderbrekers, meters, lokale stroomverdeling en elektrische verdelers. Om onderhoud gemakkelijker te maken, hebben veel nutsbedrijven warmtebeeldcamera's van Fluke aangeschaft. En in bijna elke industrietak worden camera's van Fluke gebruikt om het onderhoud aan die kant van het elektriciteitsnetwerk gemakkelijker te maken.
Thermogram M) is een servicetransformator die wat olie had gelekt, waardoor de spoelen bovenin gevaarlijk oververhit waren geraakt. Een aansluiting was 160 °C warmer dan de omgevingstemperatuur. Deze transformator moest onmiddellijk worden vervangen, maar het bedrijf wilde reparatie een maand uitstellen omdat deze dan kon worden uitgevoerd wanneer het hele bedrijf stillag. Ze gebruikten een Fluke-camera om de toestand van de transformator in de gaten te houden en konden de reparatie inderdaad uitstellen. Thermogram N) betreft een op een mast gemonteerde servicetransformator waarbij één verbinding 30 °C warmer is dan de omgevingstemperatuur. Een dergelijke toestand vraagt om onderhoud bij de eerst mogelijke gelegenheid. Thermogram O) toont een hete hoofdverbinding op een onderbreker bij een verdeelstation in Mexico. De verbinding bleek 14 °C warmer te zijn dan de andere. Er werd van uitgegaan dat dit probleem aandacht behoefde. Thermogram P) toont een hoge aansluiting in een verdeelstation in Peru. Deze was minder dan 10 °C warmer dan de omgevingstemperatuur en vroeg niet onmiddellijk om aandacht.
 |
 |
 |
 |
| M) Transformator |
N) Transformator |
O) Onderbreker |
P) Verbinding | | |