Układy elektryczne

Często badane komponenty

Główną przyczyną wielu problemów instalacji elektrycznych jest anormalne nagrzewanie powiązane z wysoką rezystancją lub nadmierny przepływ prądu. Termografia z zastosowaniem podczerwieni pozwala zobaczyć te niewidoczne sygnatury termalne nieuchronnie zbliżających się szkód, zanim one faktycznie wystąpią. Gdy prąd przepływa przez obwód elektryczny, część energii elektrycznej zamienia się na energię cieplną. To jest normalne. Jeśli jednak w obwodzie występuje anormalnie wysoka rezystancja lub anormalnie wysoki przepływ prądu, tworzy się anormalnie wysoki poziom zbędnego, potencjalnie szkodliwego i nienormalnego ciepła.

Prawo Oma (P=I2R) opisuje związek pomiędzy prądem, rezystancją elektryczną oraz generowaną mocą lub energią cieplną. Wykorzystujemy wysoką rezystancję elektryczną do pozytywnych zastosowań, takich jak nagrzewanie tostera lub światło żarówki. Czasami jednak wydziela się niepożądane ciepło, które prowadzi do kosztownych uszkodzeń. Przewody o zbyt małym rozmiarze, poluzowane złącza lub nadmierny przepływ prądu mogą prowadzić do anormalnego przegrzania, którego skutkiem mogą być niebezpiecznie gorące obwody elektryczne. Komponenty dosłownie nagrzewają się do takiego stopnia, że mogą się roztopić.

Kamery termowizyjne umożliwiają zobaczenie sygnatur cieplnych powiązanych z wysokim poziomem rezystancji elektrycznej na długo przed nagrzaniem się przewodu w stopniu mogącym spowodować awarię lub eksplozję. Należy pamiętać o dwóch podstawowych prawidłowościach cieplnych związanych z awarią instalacji elektrycznej: 1) wysoka rezystancja wskutek słabego kontaktu powierzchniowego i 2) zbytnio przeciążony obwód lub problem asymetrii wielu faz.

Problemy styczności

W wyniku przepływu prądu przez styk o wysokiej rezystancji elektrycznej wytwarza się ciepło. Problem tego typu dotyczy zwykle styków i złączy przełączników. Często na początku faktyczny punkt grzania może być bardzo niewielki, mniejszy niż 1/16 cala. Poniżej znajduje się kilka przykładów uzyskanych z kamery termowizyjnej IR SnapShot podczas prezentacji u klienta.

Termogram A) to sterownik silnika windy dużego hotelu. Jeden z trzech przewodów fazowych był poluzowany, powodując zwiększoną rezystancję na złączu. Nadmierne przegrzewanie doprowadziło do zwiększenia temperatury o 50 stopni C (90°F). Termogram B) to instalacja bezpiecznika trójfazowego, gdzie jedna końcówka bezpiecznika ma słabą styczność z układem. Podwyższona rezystancja styku spowodowała zwiększenie temperatury o 45°C (81°F) na połączeniu w porównaniu z innymi połączeniami bezpieczników. Termogram C) to zacisk bezpiecznika, gdzie temperatura jednego ze styków przewyższa o 55°C (99°F) temperaturę pozostałych. Termogram D) to dwufazowa wtyczka ścienna, której połączenia przewodów były poluzowane, doprowadzając do przegrzania końcówek o 55°C (100°F) w porównaniu z temperaturą otoczenia.

A) Sterownik	B) Bezpiecznik trójfazowy	C) Zacisk bezpiecznika	D) Wtyczka ścienna

Wszystkie te cztery przypadki były poważne i wymagały natychmiastowej uwagi. Termogram B) pokazuje interesującą zasadę, wykorzystywaną do interpretacji wzorców termalnych obwodów elektrycznych. Tylko jedna końcówka bezpiecznika była przegrzana. Gdyby obie końcówki bezpiecznika był przegrzane, interpretacja problemu byłaby inna. Przeciążony obwód, asymetria faz lub zbyt mały rozmiar bezpiecznika doprowadziłyby do przegrzania obu końcówek bezpiecznika. Przegrzanie tylko jednej końcówki sugeruje, że problemem jest wysoka rezystancja styku nagrzewającej się końcówki.

Wtyczka do ściany na Termogramie D) była poważnie uszkodzona, co widać na poniższym obrazku, jednak działała do czasu jej wymiany.

Problemy z przeciążeniem obwodu

Następujące termogramy pokazują przeciążone obwody. Termogram E) pokazuje panel obwodu, na którym główny wyłącznik na górze jest przegrzany o 75°C (135°F) w stosunku do temperatury otoczenia. Cały ten panel jest przeciążony i wymaga natychmiastowej uwagi. Termogramy E) i F) pokazują przegrzanie wszystkich standardowych rozłączników obwodu. Ich temperatura wynosiła 60°C (108°F) powyżej temperatury otoczenia. Mimo że na termogramie przewody ukazane zostały na niebiesko, są one również gorące i mają temperaturę od 45 do 50°C (od 81 do 90°F). Całą tę instalację elektryczną należy przerobić.

E) Panel obwodu	F) Panel obwodu	G) Sterownik	H) Transformator prądowy

Termogram G) pokazuje jeden przewód sterownika, którego temperatura jest o około 20°C (36°F) wyższa od pozostałych. Konieczne są dalsze badania w celu ustalenia dlaczego jeden przewód jest o wiele gorętszy w porównaniu z innymi oraz w celu określenia zakresu koniecznej naprawy. Termogram H) pokazuje transformator prądowy, którego temperatura jest wyższa o 14°C (25°F) od temperatury pozostałych dwóch transformatorów w instalacji trójfazowej. To wskazuje na poważną asymetrię działania lub defekt transformatora prądowego, co może mieć poważny wpływ na rachunki klienta za prąd.

Wymogi dotyczące obciążenia

Ważne jest, aby w trakcie wykonywania badania, system był obciążony. Badanie trzeba przeprowadzić dla „najgorszego przypadku”, szczytowego obciążenia lub kiedy obciążenie wynosi przynajmniej 40% (zgodnie z NFPA 70B). Ciepło wygenerowane wskutek poluzowanego przewodu rośnie w tempie kwadratu obciążenia. Im wyższe obciążenie, tym łatwiej zidentyfikować problemy.

Nie należy zapominać o efekcie schładzającym wiatru lub innego ruchu powietrza.

Tylko temperatury powierzchniowe

Kamery na podczerwień nie czytają obrazu przez szafki elektryczne ani metalowe płyty magistral. Gdy to możliwe, zawsze zdejmij obudowę, aby kamera mogła bezpośrednio uchwycić obwody i komponenty elektryczne. W razie stwierdzenia anormalnie wysokiej temperatury na zewnętrznej powierzchni obudowy, można być pewnym, że wewnątrz obudowy temperatura będzie jeszcze wyższa, zwykle znacznie wyższa. Poniżej znajdują się termogramy obudowy magistrali, wskazujące na poważny problem występujący wewnątrz obudowy. Temperatura gorących miejsc była o około 10°C wyższa od temperatury otoczenia i o 6°C wyższa od pozostałych części obudowy magistrali.

Obudowy magistral:

I)	J)	K)	L)

Dystrybucja energii elektrycznej

Instalacja elektryczna zawiera dosłownie setki różnych elementów sprzętu. Można je znaleźć w przedsiębiorstwach produkcji energii, systemach dystrybucji prądu wysokiego napięcia, rozdzielniach i podstacjach, transformatorach, przełącznikach, aparaturze rozdzielczej, rozłącznikach, miernikach, systemach lokalnej dystrybucji i na panelach urządzeń. Wiele przedsiębiorstw energetycznych zakupiło kamery termowizyjne FlexCam® lub SnapShot®, aby wspomóc konserwację tych części. W prawie każdej branży zakupiono kamery na podczerwień Infrared Solutions do usprawnienia konserwacji w odpowiedniej części systemu dystrybucji elektrycznej.

Termogram M) to transformator, z którego wyciekał olej chłodniczy, powodując niebezpieczne przegrzewanie cewek blisko górnej części. Na jednym przewodzie temperatura przewyższała o 160°C (288°F) temperaturę otoczenia. Ten transformator wymagał natychmiastowej wymiany, ale firma chciała opóźnić naprawę o miesiąc i przeprowadzić ją podczas planowego całkowitego wyłączenia zasilania zakładu. Korzystając z kamery IR SnapShot do monitorowania stanu transformatora, możliwe było bezpieczne odłożenie naprawy. Termogram N) pokazuje zamontowany na słupie transformator, którego przewód był o 30°C (54°F) gorętszy od temperatury otoczenia. Taki stan wymagał działań konserwacyjnych przy najbliższej dogodnej okazji. Termogram O) pokazuje gorący przewód główny na rozłączniku podstacji w Meksyku. Ustalono, że temperatura przewodu była o 14°C (25°F) wyższa od temperatury pozostałych przewodów. Uznano, że jest to problem wymagający uwagi. Termogram P) pokazuje napowietrzny przewód podstacji w Peru. Jego temperatura wynosiła mniej niż 10°C (18°F) lub powyżej temperatury otoczenia i nie wymagała natychmiastowych działań.

M) Transformator	N) Transformator	O) Rozłącznik	P) Przewód