Термограммы — это простой способ определить явные повышения температур в промышленных трехфазных электрических цепях по сравнению с нормальными рабочими условиями. Путем проверки и сравнения перепадов температур всех трех фазах технические специалисты могут быстро обнаруживать отклонения от номинальных условий на отдельных участках из-за небаланса или перегрузки.
Небаланс в электроустановках может быть вызван несколькими разными причинами: проблемы источника питания, пониженное напряжение в одной фазе или пробой изоляции внутри обмоток двигателя.
Даже незначительный небаланс напряжений может привести к ухудшению соединений, снижению напряжения, что приведет к чрезмерному потреблению тока двигателями и другими нагрузками, снижению крутящего момента (с сопутствующим механическим воздействием) и быстрому выходу из строя. Серьезный небаланс может привести к перегоранию предохранителя, что уменьшит работоспособность до одной фазы. В то же время небаланс токов приведет к появлению тока в нейтрали, что приведет к тому, что поставщик электроэнергии наложит на объект штраф за использование пиковой мощности.
На практике практически невозможно идеально сбалансировать напряжение в трех фазах. Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определяет небаланс в процентах: % небаланса – [(100)(максимальное отклонение от среднего значения напряжения)] / среднее значение напряжения. Чтобы помочь операторам оборудования определить приемлемый уровень небаланса, ассоциация NEMA разработала технические требования для различных электроустановок. Указанные в них значения являются полезными ориентирами при техническом обслуживании и диагностике.
Типовые проверяемые компоненты
Снимите термограммы всех электрических шкафов и других точек соединения с высокой нагрузкой, таких как приводы, коммутационная аппаратура и органы управления. При обнаружении повышенных температур проверьте эту цепь и осмотрите соответствующие ветви и нагрузки.
Проверьте шкафы и другие соединения без крышек. В идеале следует проверять электрические устройства при полном прогреве и в установившемся режиме при нагрузке не менее 40% от стандартной. Это позволит правильно оценить и сравнить измерения с показателями в номинальных рабочих условиях.
Повышенный нагрев, связанный с высоким сопротивлением или высоким током, является основной причиной многих проблем в электрических системах. Инфракрасная термография позволяет увидеть эти невидимые очаги потенциального перегрева до того, как они нанесут ущерб. Когда ток проходит через электрический цепь, часть электрической энергии преобразуется в тепловую энергию. Это нормально. Но если в цепи слишком высокое сопротивление или слишком высокий ток, повышается тепловыделение, что приводит к потерям, отклонению от номинальных режимов и потенциальной опасности повреждений.
Закон Ома (P=I2R) описывает взаимосвязь между током, электрическим сопротивлением и выделяемой мощностью или тепловой энергией. Высокое электрическое сопротивление имеет практическое применение, например нагрев в тостере или свет в лампочке. Однако иногда выделяется нежелательное тепло, что приводит к дорогостоящим повреждениям. Проводники недостаточного размера, ослабленные соединения или повышенный ток могут вызвать чрезмерно высокий нежелательный нагрев, что приводит к опасному повышению температуры электрических цепей. Компоненты могут нагреться и буквально расплавиться.
Тепловизоры позволяют увидеть очаги перегрева, связанные с высоким электрическим сопротивлением, задолго до того, как цепь нагреется до достаточной температуры, чтобы вызвать отключение питания или взрыв. Следует понимать две основные причины перегрева, связанные с электрической неисправностью: 1) высокое сопротивление, вызванное плохим поверхностным контактом, и 2) перегрузка в цепи или проблема небаланса в многофазной цепи.
Что проверять?
Равномерной нагрузке должна соответствовать равномерная температура. В условиях небаланса нагрузки более нагруженная фаза (фазы) будет выглядеть более теплой, чем другие, из-за тепла, выделяемого сопротивлением. Однако такая же картина будет наблюдаться при небалансе нагрузки, перегрузке, плохом соединении и гармоническом небалансе. Для диагностики проблемы требуется измерение электрической нагрузки.
Хорошей практикой является организация регулярной последовательности проверок, включающей все основные электрические соединения. Используя программное обеспечение, поставляемое с тепловизором Fluke, сохраняйте каждое снятое изображение на компьютере и отслеживайте измерения с течением времени. Это позволяет создать архив изображений для сравнения с изображениями, сделанными позже. Эта процедура также поможет вам определить, является ли низкая или высокая температура необычной. После корректирующих действий с помощью новых изображений вы можете определить, был ли ремонт успешным.
Тепло выделяется током, который проходит через контакт с высоким электрическим сопротивлением. Проблема такого типа обычно связана с коммутируемыми контактами и клеммами. В самом начале фактическая точка нагрева может быть очень маленькой, менее 1/16 дюйма (15 мм). Ниже приведено несколько примеров демонстрации инфракрасных снимков SnapShot.
Термограмма A) — это пускатель двигателя лифта в большом отеле. Одно из трехфазных соединений было ослаблено, что вызывало повышенное сопротивление контакта. Избыточный нагрев вызывал повышение температуры на 50 °C (90 °F). Термограмма B) представляет собой трехфазный предохранитель, в котором одна сторона одного предохранителя имеет плохой электрический контакт с цепью. Повышенное сопротивление контакта вызывало повышение температуры на 45 °C (81 °F) на этом соединении по сравнению с другими соединениями предохранителей. Термограмма C) представляет собой зажим предохранителя, где температура одного контакта на 55 °C (99 °F) выше других. Термограмма D) представляет собой двухфазный штепсельный разъем, в котором проводные соединения ослаблены, что привело к нагреву клемм на 55 °C (100 °F) выше температуры окружающей среды.
Все четыре примера были серьезными проблемами и требовали немедленного вмешательства. Термограмма B) показывает интересный принцип, используемый для интерпретации типовых тепловых режимов электрических цепей. Предохранитель горячий только с одной стороны. Если бы предохранитель был горячим с обеих сторон, проблему бы интерпретировали по-другому. Перегрузка в цепи, небаланс фаз или недостаточный номинал предохранителя привели бы к перегреву с обеих сторон предохранителя. Нагрев только с одной стороны указывает на то, что проблема заключается в высоком сопротивлении контакта с нагретый стороны.
Настенный штекер в Термограмме D) был серьезно поврежден, как видно на рисунке ниже, однако продолжал работать до замены.
Что представляет собой критическая неисправность?
Приоритетность ремонта должна определяться прежде всего требованиями обеспечения безопасности, т.е. в первую очередь необходимо решать проблемы, создающие угрозу безопасности, а далее следует ориентироваться на критичность оборудования и степень повышения температуры. Инструкции NETA (Международная ассоциация электрических испытаний) предписывают действовать немедленно, когда разница в температуре между аналогичными электрическими компонентами при аналогичных нагрузках превышает 15 °C (27 °F) или когда разница в температуре между электрическим компонентом и температурой окружающего воздуха превышает 40 °C (72 °F).
Стандарты NEMA не рекомендуют продолжать эксплуатацию двигателей при небалансе напряжения более одного процента. Кроме того, NEMA рекомендует снижать номинальную мощность двигателей при работе с высоким небалансом. Процент безопасного небаланса отличается для разного оборудования.
На следующих термограммах показаны перегруженные цепи. Термограмма E) показывает шкаф управления, в котором главный выключатель в верхней части перегрет до температуры, превышающей температуру окружающей среды на 75 °C (135 °F). Все цепи в шкафу перегружены и требуют немедленного вмешательства. Термограммы E) и F) показывают перегрев всех стандартных автоматических выключателей. Их температура на 60 °C (108 °F) превышала температуру окружающей среды. Несмотря на то что на термограмме провода имеют синий цвет, их температура тоже высокая, от 45 до 50 °C (от 81 до 90 °F). Вся эта электрическая система должна быть переделана.
Термограмма G) показывает одну линию пускателя, которая примерно на 20 °C (36 °F) горячее остальных. Она требует дальнейшего изучения, чтобы найти причину, почему один провод намного горячее, чем другие, и определить необходимый ремонт. Термограмма H) показывает трансформатор тока, который на 14 °C (25 °F) горячее, чем другие два трансформатора в трехфазной системе. Это указывает на серьезный небаланс в работе или неисправность трансформатора тока, которая может серьезно повлиять на счет потребителя за электричество.
Требования к нагрузке
При проведении осмотра важно, чтобы система находилась под нагрузкой. Выполняйте осмотр в наиболее тяжелом режиме работы, или в режиме пиковых нагрузок, или при нагрузке не менее 40% (в соответствии с NFPA 70B). Тепло, выделяемое ослабленным соединением, увеличивается пропорционально квадрату нагрузки. Чем выше нагрузка, тем легче найти проблемы.
Учитывайте охлаждающий эффект ветра или другого движения воздуха.
Только температуры на поверхности
Инфракрасные камеры не могут выполнять съемку сквозь электрические шкафы или закрытые металлические шинопроводы. По возможности открывайте крышки, чтобы тепловизор мог напрямую выполнить съемку электрических цепей и компонентов. Если на внешней поверхности корпуса обнаружена аномально высокая температура, будьте уверены, что температура внутри корпуса еще выше, а обычно намного выше. Ниже приведены несколько термограмм корпуса шинопровода, которые указывают на серьезную проблему с электрическими шинами внутри корпуса. Горячие точки были на 10 °C выше температуры окружающей среды и на 6 °C выше, чем другие части корпуса шинопровода.
Корпус шинопровода:
Распределение электроэнергии
В электрической системе можно найти буквально сотни различных единиц оборудования. Начиная с производства электроэнергии, высоковольтных распределительных устройств, открытых распределительных устройств и подстанций и заканчивая трансформаторами собственных нужд, низковольтными распределительными устройствами, выключателями, счетчиками, местными распределительными щитами и шкафами потребителей. Многие электроснабжающие организации приобрели тепловизор FlexCam® или SnapShot®, которые помогают им в обслуживании электрических сетей. Компании практически во всех отраслях промышленности приобретают инфракрасные тепловизоры для облегчения технического обслуживания систем распределения электроэнергии.
Термограмма M) - это трансформатор собственных нужд, в котором произошла уточка охлаждающего масла, что привело к опасному перегреву змеевиков в верхней части. Одно соединение было на 160 °C (288 °F) выше температуры окружающей среды. Этот трансформатор нуждался в немедленной замене, но компания хотела отложить ремонт на один месяц, чтобы его можно было выполнить во время планового полного отключения электростанции. Они использовали ИК-тепловизор SnapShot для контроля состояния трансформатора и успешно отложили ремонт. Термограмма N) показывает установленный на опоре трансформатор собственных нужд, подключение которого на 30 °C (54 °F) выше температуры окружающей среды. Такое состояние требовало технического обслуживания при ближайшей удобной возможности. Термограмма O) показывает горячее основное подключение разъединителя на подстанции в
Мексике. Было обнаружено, что температура подключения на 14 °C (25 °F) превышает остальные. По мнению заказчика, эта проблема требовала вмешательства. Термограмма P) показывает подключение на воздушной линии на подстанции в Перу. Температура была ниже 10 °C или (18 °F), чем температура окружающей среды, и не вызывала непосредственной озабоченности.
Какова потенциальная стоимость отказа?
Отказ двигателя является распространенным результатом небаланса напряжения. Общие расходы включают стоимость двигателя, трудозатраты на замену двигателя, стоимость продукции, отбракованной из-за влияния на технологический процесс, и выручку, потерянную за время простоя технологической линии.
Предположим, что стоимость замены двигателя мощностью 50 л.с. раз в год составляет 5000 долларов США, включая работу по замене. Предположим, что 4 часа простоя в год связаны с потерей дохода 6000 долларов США в час. Общая стоимость: 5000 долларов США + (4 x 6000 долларов США) = 29 000 долларов США в год.
Последующие действия
Если термограмма показывает, что температура всего проводника выше, чем другие компоненты на участке цепи, то проводник может иметь недостаточное сечение или может быть перегружен. Проверьте номинал проводника и фактическую нагрузку, чтобы определить причину.
Используйте мультиметр с клещами, токоизмерительные клещи или анализатор качества электроэнергии для проверки симметричности тока и нагрузки в каждой фазе.
На стороне источника питания проверьте защитные и коммутационные устройства на предмет падения напряжения. Как правило, напряжение в сети должно быть в пределах 10% от номинального значения. Напряжение между нейтралью и землей показывает, насколько сильно нагружена ваша система, и помогает отслеживать гармонический ток. Напряжение между нейтралью и землей, которое превышает 3%, свидетельствует о необходимости проведения дополнительного анализа.
Нагрузки меняются, и фаза может внезапно упасть 5% на одном участке при подключении большой однофазной нагрузки. Падение напряжения на плавких предохранителях и выключателях также может проявляться в виде небаланса на двигателе и избыточного тепла в месте основной неисправности. Прежде чем предположить, что причина обнаружена, перепроверьте показания тепловизора и мультиметра или токоизмерительных клещей.
Ни фидер, ни отходящие цепи не должны быть загружены до максимально допустимого предела. Расчеты цепей также должны учитывать гармоники. Наиболее распространенным решением проблемы перегрузки является перераспределение нагрузок между цепями или управление временем включения нагрузок.
С помощью соответствующего программного обеспечения каждая предполагаемая проблема, обнаруженная с помощью тепловизора, может быть задокументирована в отчете, который включает термограмму и цифровое изображение оборудования. Это лучший способ сообщить о проблемах и предложить способ их устранения.