Lämpökuvat ovat helppo tapa tunnistaa ilmeiset lämpötilaerot teollisissa kolmivaihesähköpiireissä niiden normaaleihin käyttöolosuhteisiin verrattuna. Kun teknikot tarkastavat kaikkien kolmen vaiheen lämpötilavaihtelut rinnakkain, he voivat nopeasti havaita yksittäisten johtimien toimintapoikkeamat epäsymmetrian tai ylikuormituksen vuoksi.
Sähköinen epäsymmentia voi johtua useista eri lähteistä: tehonsyöttöongelmasta, yhden johtimen matalasta jännitteestä tai eristysresistanssin läpilyönnistä moottorin käämien sisällä.
Pienikin jännite-epäsymmetria voi heikentää liitäntöjä, vähentää syötetyn jännitteen määrää, jolloin moottorit ja muut kuormat vievät liikaa virtaa, tuottavat alhaisemman vääntömomentin (ja siihen liittyvän mekaanisen rasituksen) ja pettävät nopeammin. Vakava epäsymmetria voi polttaa sulakkeen ja vähentää toiminnot yksivaiheisiksi. Sillä välin epäsymmetrinen virta menee nollajohtimeen, jolloin sähkölaitos sakottaa laitosta huippuvirrankulutuksesta.
Käytännössä on miltei mahdotonta tasapainottaa jännitteitä täydellisesti kolmessa vaiheessa. National Electrical Manufacturers Association (NEMA) määrittelee epäsymmetriat prosentteina: epäsymmetriaprosentti – [(100)(maksimipoikkeama jännitteen keskiarvosta)] / jännitteen keskiarvo. Jotta laitteiden käyttäjät voisivat määritellä hyväksyttävät epäsymmetriatasot, NEMA on laatinut tekniset tiedot useille laitteille. Nämä lähtötasot ovat hyödyllinen vertailukohta huollon ja vianmäärityksen aikana.
Yleisesti tarkastetut komponentit
Tallenna lämpökuvia kaikista sähkökeskuksista ja muista suuren kuormituksen liitäntäpisteistä, kuten käyttölaitteista, katkaisijoista ja ohjaimista. Jos löydät korkeampia lämpötiloja, seuraa tätä sähköpiiriä ja tutki siihen liittyviä haaroja ja kuormia.
Tarkista keskukset ja muut liitännät siten, että kannet ovat irti. Ihanteellisessa tapauksessa sähkölaitteet pitäisi tarkastaa, kun ne ovat täysin lämmenneet ja vakaassa tilassa sekä vähintään 40 % tyypillisestä kuormasta. Näin mittaukset voidaan arvioida oikein ja niitä voidaan verrata normaaleihin käyttöolosuhteisiin.
Suureen vastukseen tai liialliseen virtaan liittyvä epänormaali kuumeneminen on monien sähköjärjestelmien ongelmien suurin syy. Lämpökuvauksella voimme nähdä nämä näkymättömät lämpökuviot vaurioista ennen vaurioiden syntymistä. Kun virta kulkee sähköpiirin läpi, osa sähköenergiasta muuntuu lämpöenergiaksi. Tämä on normaalia. Mutta jos sähköpiirissä on epänormaalin korkea vastus tai epätavallisen korkea virta, syntyy epänormaalin korkeaa lämpöä, joka on hukallista, mahdollisesti vahingollista eikä normaalia.
Ohmin laki (P=I2R) kuvaa virran, sähkövastuksen ja tuotetun sähkön tai lämpöenergian välistä suhdetta. Käytämme korkeaa sähkövastusta positiivisten tulosten saavuttamiseksi, kuten leivänpaahtimen tai hehkulampun aikaansaama kuumuus. Joskus syntyy kuitenkin ei-toivottua lämpöä, josta on tuloksena kalliita vaurioita. Alikokoiset johtimet, vialliset liitännät tai liiallinen virta voivat aiheuttaa epätavallisen korkeaa ei-toivottua kuumenemista, josta on tuloksena vaarallinen kuumeneminen sähköpiireissä. Komponentit voivat kirjaimellisesti kuumentua riittävästi sulaakseen.
Lämpökamerat tekevät mahdolliseksi nähdä korkean sähkövastuksen lämpökuviot kauan ennen kuin virtapiiri kuumenee riittävästi aiheuttaakseen katkoksen tai räjähdyksen. Ole tietoinen kahdesta lämpökuvioiden perusmallista, jotka liittyvät sähkövikaan: 1) korkea vastus, joka johtuu huonosta pintakosketuksesta ja 2) ylikuormitettu piiri tai monivaiheisen syötön epätasapaino-ongelma.
Mitä etsitään
Yhtä suuren kuormituksen pitäisi saada aikaan yhtä suuret lämpötilat. Epäsymmetrisen kuorman tilanteessa raskaammin kuormitetut vaiheet näyttävät lämpimämmiltä kuin muut (vastuksen tuottaman lämmön vuoksi). Kuitenkin epäsymmetrinen kuorma, ylikuormitus, viallinen liitos ja harmoniset yliaallot luovat kaikki lämpökuvion. Kuormituksen mittaaminen on tarpeen ongelman diagnosoimiseksi.
On järkevää luoda säännöllinen tarkastuskierros, joka sisältää kaikki keskeiset sähköliitännät. Käyttämällä Fluke-lämpökamerasi mukana toimitettua ohjelmistoa voit tallentaa ottamasi kuvat tietokoneelle ja seurata mittauksiasi ajan myötä. Tämä sallii sinun luoda perustasoa edustavan kuvakokoelman, joita voit verrata myöhemmin otettuihin kuviin. Tämä toimenpide auttaa myös päättämään, onko kuuma tai viileä kohta epätavallinen. Korjaustoimenpiteiden jälkeen uudet kuvat auttavat sinua varmistamaan, onnistuiko korjaus.
Lämpö tuotetaan virralla, joka kulkee korkean sähkövastuksen omaavan liittimen läpi. Tällaiset ongelmat liittyvät tyypillisesti kytkimien kosketuksiin ja liittimiin. Tosiasiallinen kuumentunut piste voi usein olla hyvin pieni, alle 0,2mm, kun kuumentuminen alkaa. Seuraavassa on useita esimerkkejä, jotka löytyivät asiakasesittelyjen aikana.
Lämpökuva A) on suuren hotellin hissin moottoriohjain. Yksi kolmivaiheliitännöistä oli löysä, mikä aiheutti liittimen kasvaneen vastuksen. Ylikuumeneminen aiheutti lämpötilan nousun, suuruudeltaan 50 °C (90 °F). Lämpökuva B) on kolmivaiheinen sulakeasennus, jossa yhden sulakkeen toisessa päässä on huono sähkökontakti virtapiiriin. Suurempi kosketusresistanssi aiheutti 45 °C (81 °F) kuumemman lämpötilan kyseisessä liitännässä kuin muissa sulakeliitännöissä. Lämpökuva C) on sulakepidike, jossa yksi kontakti on 55 °C (99 °F) kuumempi kuin muut. Lämpökuva D) on kaksivaiheinen seinäpistoke, jossa johdinliitännät olivat löysät, jolloin liittimet kuumentuivat 55 °C (100 °F) ympäristön lämpötilaa kuumemmiksi.
Nämä kaikki neljä esimerkkiä olivat vakavia ja tarvitsivat välitöntä huomiota. Lämpökuva B) näyttää mielenkiintoisen periaatteen, jota käytetään sähköpiirin lämpökuvioiden tulkinnassa. Vain sulakkeen toinen pää on kuuma. Jos sulakkeen molemmat päät olisivat kuumat, ongelma tulkittaisiin eri tavalla. Ylikuormitettu piiri, vaihe-epäsymmetria tai liian pieni sulake aiheuttaisi sulakkeen kummankin pään ylikuumenemisen. Kuumuus vain yhdessä päässä viittaa vain korkean kosketusresistanssin ongelmaan kuumentuneessa päässä.
Lämpökuvan D:n seinäpistoke vahingoittui vakavasti alla olevan kuvan mukaisesti, vaikkakin se toimi edelleen, kunnes se vaihdettiin.
Mitä merkitsee ”hälytysvalmius”?
Korjaukset pitäisi priorisoida ensin turvallisuuden perusteella – eli turvallisuusriskin aiheuttavat laiteongelmat – ja sen jälkeen laitteen kriittisyyden ja lämpötilan nousun suuruuden mukaan. NETA (InterNational Electrical Testing Association) -ohjeet määräävät välittömän toimenpiteen, kun samanlaisten sähkökomponenttien lämpötilaero samanlaisilla kuormituksilla ylittää 15 °C (27 °F) tai kun sähkökomponentin ja ympäröivän ilman lämpötilaero ylittää 40 °C (72 °F).
NEMA-standardit varoittavat käyttämästä moottoreita yli yhden prosentin jännitteen epäsymmetrialla. Itse asiassa NEMA suosittelee, että moottoreiden luokitusta alennetaan, jos niitä käytetään suuremmalla epäsymmetrialla. Turvallisen epäsymmetrian prosenttiosuus vaihtelee muiden laitteiden osalta.
Seuraavissa lämpökuvissa näytetään ylikuormitetut virtapiirit. Lämpökuva E) näyttää keskuksen, jossa ylhäällä oleva pääkatkaisija on ylikuumentunut 75 °C (135 °F) ympäristön lämpötilan yläpuolelle. Tämä koko keskus on ylikuormitettu ja vaatii välitöntä huomiota. Lämpökuvat E) ja F) näyttävät, että kaikki suojakatkaisijat ovat ylikuumentuneet. Niiden lämpötilat olivat 60 °C (108 °F) ympäristön yläpuolella. Vaikka lämpökuvissa johdot ovat sinisiä, ne ovat myös kuumia, 45–50 °C (81–90 °F). Tämä koko sähköjärjestelmä on korjattava
Lämpökuva G) näyttää yhden säätimen linjan, joka on noin 20 °C (36 °F) kuumempi kuin muut. Tässä tarvitaan lisätutkimuksia sen selvittämiseksi, miksi yksi johto on niin paljon kuumempi kuin muut sekä päätöstä tarvittavasta korjauksesta. Lämpökuva H) näyttää virtamuuntajan, joka on 14 °C (25 °F) lämpimämpi kuin muut kaksi muuntajaa kolmivaiheisessa huoltoasennuksessa. Tämä osoittaa syötön tai viallisen virtamuuntajan vakavaa epäsymmetriaa, joka voi vaikuttaa vakavasti asiakkaan sähkölaskuun.
Kuormitusvaatimukset
Tarkastusta tehtäessä on tärkeää, että järjestelmä on kuormitettuna. Suorita lämpökuvaus silloin kun on ”pahin mahdollinen tilanne” tai kun kuormitus on vähintään 40 % (NFPA 70B:n mukaan). Viallisen liitännän tuottama lämpö nousee kuorman neliönä; mitä suurempi kuorma, sitä helpompi on löytää ongelmia.
Älä unohda ottaa huomioon tuulen tai muun ilmanvaihdon viilennysvaikutusta.
Vain pintalämpötilat
Lämpökamerat ei näe sähkökaapin oven, pleksin tai minkään läpi. Aina kun mahdollista, avaa kannet ja poista suojat, jotta kamera voi nähdä suoraan sähköpiirit ja komponentit. Jos huomaat kotelon ulkopinnalla epätavallisen korkean lämpötilan, voit olla varma, että lämpötila on vieläkin korkeampi, ja yleensä se on paljon korkeampi kotelon sisällä. Seuraavassa on joitakin kiskokotelosta otettuja lämpökuvia, joilla voi tunnistaa vakavan ongelman kiskoissa kotelon sisällä. Kuumat pisteet olivat luokkaa 10 °C lämpimämpiä kuin ympäristö ja 6 °C kuumempia kuin muut kiskokotelon osat.
Kiskokotelot:
Sähkönjakelu
Sähköjärjestelmässä voi olla kirjaimellisesti satoja erilaisia laitteita. Niitä on alkaen sähköntuotannosta, suurjännitejakelusta, kytkinkeskuksista ja muuntamoista ja huoltomuuntajiin, kojeistoihin, katkaisijoihin, mittareihin, paikalliseen jakeluun ja laitepaneeleihin asti. Monet sähkölaitokset ovat ostaneet huoltonsa avuksi FlexCam®- tai SnapShot®-kameran. Lähes kaikki teollisuudenalat ovat ostaneet lämpökameroita auttamaan sähkönjakelujärjestelmän oman osuutensa huollossa.
Lämpökuva M) on huoltomuuntaja, josta oli vuotanut jäähdytysöljyä, mikä johti vaarallisesti ylikuumeneviin käämeihin lähellä yläosaa. Yksi liitännöistä oli 160 °C (288 °F) ympäristön lämpötilaa korkeampi. Tämä muuntaja piti vaihtaa välittömästi, mutta yritys halusi lykätä korjausta kuukaudella, jotta se voitaisiin tehdä aikataulun mukaisen koko laitoksen sulkemisen aikana. He käyttivät IR SnapShot -kameraa muuntajan tilan seurantaan ja viivyttivät onnistuneesti korjausta. Lämpökuva N) on pylväsasennettu huoltomuuntaja, jonka liitäntä on 30 °C (54 °F) lämpimämpi kuin ympäristö. Tällainen tila vaati huoltoa seuraavan sopivan tilaisuuden sattuessa. Lämpökuva O) näyttää kuumentuneen verkkoliitännän katkaisimessa muuntoasemalla
Meksikossa. Liitännän todettiin olevan 14 °C (25 °F) kuumempi kuin muut. Tämän uskottiin olevan ongelma, joka vaati huomiota. Lämpökuva P) näyttää yläpuolisen liitännän muuntoasemalla Perussa. Se oli alle 10 °C tai (18 °F) ympäristön lämpötilaa korkeampi eikä aiheuttanut välitöntä huolta.
Mikä on vikatilanteen mahdollinen hinta?
Moottorivika on yleinen seuraus jännitteen epäsymmetriasta. Kokonaiskustannuksiin liitetään moottorin kustannukset, moottorin vaihtoon tarvittava työvoima, epätasaisen tuotannon vuoksi hylättyjen tuotteiden kustannukset, linjan toiminta ja pysähtyneen linjan johdosta menetetyt tulot.
Oletetaan, että 50 hv:n moottorin vaihtaminen maksaa vuosittain 5000 €, mukaan lukien työ. Oletetaan 4 tuntia ennakoimatonta seisokkiaikaa vuodessa ja tulonmenetys 6000 € tunnissa. Kokonaiskustannukset: 5000€ + (4 x 6000€) = 29000€ vuosittain.
Seurantatoimenpiteet
Kun lämpökuva osoittaa, että koko johdin on lämpimämpi kuin muut komponentit koko piirin osassa, johdin saattaa olla alimitoitettu tai ylikuormitettu. Tarkista johtimen koko ja todellinen kuorma saadaksesi selville, kumpi on kyseessä.
Käytä yleismittaria, jossa on virtapihti, pihtimittaria tai sähkönlaadun analysaattoria tarkistaaksesi kustakin vaiheesta virran symmetrian ja kuormituksen.
Tarkista suojaus jännitteen puolella ja kojeistot jännitealenemien varalta. Yleensä verkkojännitteen pitäisi olla 10 %:n sisällä nimikilven luokituksesta. Nolla-suojamaajännite kertoo, kuinka raskaasti järjestelmäsi on kuormitettu, ja se auttaa sinua harmonisen virran seurannassa. Yli 3 %:n nolla-suojamaajännitteen pitäisi laukaista lisätutkimukset.
Kuormat muuttuvat ja vaihe voi yhtäkkiä olla 5 % alhaisempi yhdessä johtimessa, jos verkkoon tule huomattavan suuri yksivaiheinen kuorma. Sulakkeiden ja kytkimien väliset jännitepudotukset voivat myös ilmetä epäsymmetriana moottorissa ja ylikuumenemisena. Ennen kuin oletat, että syy on löydetty, tarkista lämpötilat lämpökameralla ja virrat yleismittarilla tai pihtimittarilla.
Syöttölaitetta tai haaroituspiirejä ei pidä kuormittaa korkeimpaan sallittuun rajaan. Piirin kuormituksen yhtälöiden pitäisi mahdollistaa myös harmonisia yliaaltoja. Yleisin ratkaisu ylikuormitukseen on jakaa kuormat uudelleen piirien kesken tai hallita prosessin aikana kytkettävien kuormien esiintymistä.
Käyttämällä ohjelmistoa kukin lämpökameralla havaittu epäilty ongelma voidaan dokumentoida raporttiin, joka sisältää lämpökuvan ja laitteen digitaalisen kuvan. Tämä on paras tapa viestiä ongelmista ja ehdottaa korjauksia.