Бесконтактное измерение температуры при эксплуатации электрооборудования
Все электроприборы работают за счет прохождения через них электрического тока, который дополнительно нагревает проводники и оборудование. При этом в нормальном режиме эксплуатации создается баланс между повышением температуры и отводом ее части в окружающую среду.
При нарушениях качества контактов ухудшаются условия прохождения тока и повышается температура, которая может стать причиной неисправности. Поэтому в сложных электротехнических устройствах, особенно на высоковольтном оборудовании предприятий энергетики, осуществляется периодический контроль нагрева токоведущих частей.
Для устройств, находящихся под высоким напряжением, измерения осуществляются бесконтактным методом на безопасном расстоянии.
Принципы дистанционного измерения температуры
У любого физического тела происходит движение атомов и молекул, которое сопровождается излучением электромагнитных волн. Температура объекта влияет на интенсивность этих процессов и о ее величине можно судить по значению теплового потока.
Бесконтактное измерение температуры основано на этом принципе.
Источник обследования с температурой «Т» излучает в окружающее пространство тепловой поток «Ф», который воспринимается тепловым датчиком, удаленным от источника тепла. После него преобразованный внутренней схемой сигнал выдается на информационное табло «И».
Приборы измерения температуры, осуществляющие ее замер по инфракрасному излучению, называют инфракрасными термометрами либо сокращенным названием «пирометры».
Для их точной работы важно правильно определить диапазон измерения на шкале электромагнитных волн, который составляет область примерно 0,5?20 мкм.
Факторы, влияющие на качество измерения
Погрешность пирометров зависит от комплекса факторов:
- поверхность наблюдаемой площади объекта должна быть в зоне прямого обзора;
- пыль, туман, пар и другие предметы между тепловым датчиком и источником тепла ослабляют сигнал, как и следы загрязнения на оптике;
- структура и состояние поверхности исследуемого тела влияют на интенсивность инфракрасного потока и показания измерителя температуры.
Влияние третьего фактора объясняет график изменения коэффициента излучения ? от длины волны.
Он демонстрирует характеристики излучателей черного, серого и цветного оттенков.
Способность инфракрасного излучения Фs черного материала берется за основу сравнения других изделий и принимается равным 1. Коэффициенты всех остальных реальных веществ ФR становятся меньше 1.
На практике пирометры пересчитывают излучение реальных объектов на показатели идеального излучателя.
Также на измерение оказывают влияние:
длина волны инфракрасного спектра, на которой проводится замер;
температура исследуемого вещества.
Как устроен бесконтактный измеритель температуры
По способу вывода информации и ее обработки приборы удаленного контроля нагрева поверхностей подразделяют на:
Условно состав этих приборов поблочно можно представить:
инфракрасным датчиком с оптической системой и зеркальным световодом;
электронной схемой, преобразующей полученный сигнал;
дисплеем, на котором отображается температура;
Поток теплового излучения фокусируется оптической системой и зеркалами направляется на датчик первичного преобразования тепловой энергии в электрический сигнал с величиной напряжения, прямо пропорциональной инфракрасному излучению.
Вторичное преобразование электрического сигнала происходит в электронном устройстве, после которого измерительно-счетный модуль осуществляет вывод информации на дисплей, как правило, в цифровом виде.
На первый взгляд кажется, что пользователю для замера температуры удаленного объекта достаточно:
включить прибор нажатием на кнопку;
навести на исследуемый объект;
Однако, для точного измерения необходимо не только учесть факторы, влияющие на показания, но и правильно выбрать расстояние до объекта, которое определяется оптическим разрешением прибора.
Пирометры обладают различными углами обзора, характеристикой которых для удобства пользователей выбраны соотношения между расстоянием до объекта измерения и площадью охвата контролируемой поверхностью. В качестве примера на картинке приведено соотношение 10:1.
Поскольку эти характеристики прямо пропорциональны между собой, то для точного измерения температуры необходимо не только правильно навести прибор на объект, но и подобрать расстояние для выбора площади измеряемой зоны.
Тогда оптическая система будет обрабатывать тепловой поток от нужной поверхности без учета влияния излучения окружающих предметов.
С этой целью усовершенствованные модели пирометров оснащаются лазерными целеуказателями, которые помогают навести термодатчик на объект и облегчить определение площади контролируемой поверхности. Они могут иметь разные принципы работы и обладать неодинаковой точностью наведения.
Одиночный лазерный луч лишь приблизительно указывает место центра контролируемой зоны и позволяет определить ее границы неточно. Его ось смещена относительно центра оптической системы пирометра. За счет этого вводится погрешность параллакса.
Коаксиальный способ лишен этого недостатка — луч лазера совпадает с оптической осью прибора и точно указывает центр измеряемой площади, но не определяет ее границы.
Указание размеров контролируемого участка предусмотрено в целеуказателе с двойным лазерным лучом . Но при маленьких расстояниях до объекта допускается ошибка, вызванная первоначальным сужением области чувствительности. Этот недостаток сильно проявляется на объективах с короткофокусным расстоянием.
Целеуказатели с кросс-лазером улучшают точность работы пирометров, оснащенных объективами с коротким фокусом.
Одиночный круговой лазерный луч позволяет определить зону контроля, но он тоже обладает параллаксом и завышает показания прибора на коротких дистанциях.
Круговой точный лазерный целеуказатель работает наиболее надежно и лишен всех недостатков предшествующих конструкций.
Пирометры отображают информацию о температуре методом текстово-цифрового вывода на дисплей, которая может дополняться другими сведениями.
Конструкция этих измерительных приборов температуры напоминает устройство пирометров. У них в качестве приемного элемента потока инфракрасного излучения работает гибридная микросхема.
Она своим фоточувствительным эпитаксиальным слоем через сильнолегированную подложку воспринимает ИК поток.
Устройство приемника тепловизора с гибридной микросхемой показано на картинке.
Тепловая чувствительность тепловизоров на основе матричных детекторов позволяет измерять температуру с точностью до 0,1 градуса. Но, такие высокоточные устройства используются в термографах сложных лабораторных стационарных установок.
Все приемы работы с тепловизором выполняются так же, как и с пирометром, но на его экране выводится картинка электротехнического оборудования, представленная уже в переработанном цветовом диапазоне с учетом состояния нагрева всех деталей.
Рядом с термическим изображением размещается шкала перевода цветов в линейку температур.
При сравнении работы пирометра и тепловизора можно увидеть разницу:
пирометр определяет среднюю температуру в контролируемой им области;
тепловизор позволяет оценить нагрев всех составных элементов, расположенных в наблюдаемой им зоне.
Особенности конструкций бесконтактных измерителей температуры
Описанные выше устройства представлены мобильными моделями, позволяющими выполнять последовательные замеры температуры на многих местах работы электрического оборудования:
вводах силовых и измерительных трансформаторов и выключателей;
контактах разъединителей, работающих под нагрузкой;
сборках систем шин и секций высоковольтных распределительных устройств;
в точках соединения проводов воздушных линий электропередач и других местах коммутации силовых цепей.
Однако, в отдельных случаях выполнения технологических операций на электрооборудовании сложные конструкции бесконтактных измерителей температуры не нужны и вполне можно обойтись простыми моделями, установленными стационарно.
В качестве примера можно привести метод измерения сопротивления обмотки ротора генератора при работе с выпрямительной схемой возбуждения. Поскольку в ней наводятся большие переменные составляющие напряжения, то контроль ее нагрева осуществляется постоянно.
Дистанционный замер и отображение температуры у обмотки возбуждения происходит на вращающемся роторе. Термодатчик стационарно располагается в наиболее благоприятной зоне контроля и воспринимает направленные на него тепловые лучи. Сигнал, обработанный внутренней схемой, выводится на устройство отображения информации, которое может быть оборудовано стрелочным указателем и шкалой.
Схемы, работающие по этому принципу, отличаются относительной простотой и надежностью.
В зависимости от назначения пирометры и тепловизоры подразделяют на устройства:
высокотемпературные, предназначенные для измерения сильно нагретых объектов;
низкотемпературные, способные контролировать даже охлаждение деталей при морозе.
Конструкции современных пирометров и тепловизоров могут оборудоваться системами связи и передачи информации через шину RS-232 с удаленными компьютерами.
Источник
Измерение и контроль температуры контактов — защита от перегрева Thermosensor.
Одним из важных элементов надежности эл.снабжения является профилактический контроль за нагревом электрических контактов и соединений.
Контактные соединения — это наиболее уязвимые места любого оборудования.
При выгорании контактной части зачастую выбрасывается все оборудование, каким бы дорогим оно не было. И это хорошо, если удастся избежать пожара.
Как правило, в современных условиях контроль нагрева осуществляется при помощи тепловизора, либо пирометра.
А что делать, если у вас нет соответствующего измерительного инструмента? Либо контакт греется только в период максимальной нагрузки, когда вас рядом нет, а при замерах в другое время суток температура уже нормальная.
Есть ли какая-то возможность узнать, что вообще происходит в щитовой без каких-либо приборов? Оказывается есть.
Помогут в этом деле специальные термонаклейки или термостикеры. Сами производители их в шутку называют “умная изолента”.
Некоторые опытные электрики уже давно применяют такой “дедовский” способ, как наклеивание тонкой полоски обычной изоленты на металл наконечника. И делается это вовсе не в целях дополнительной изоляции.
По степени оплавления изоленты можно косвенно судить о том, грелся контакт или нет.
Взяв в основу этот нехитрый способ, разработчики его усовершенствовали и пошли еще дальше.
Данные термонаклейки выступают в роли контактного термоиндикатора. Они представляют из себя самоклеющуюся ПВХ ленту.
Выпускается целый набор таких стикеров, рассчитанных на разные значения пороговых температур.
Принцип работы здесь элементарный. Лента покрыта специальными светоотражающими кристаллами.
При нагреве поверхности эти кристаллы расплавляются и впитываются в полимерный состав на наклейке. В результате этого световые полоски становятся черными, сигнализируя персоналу, что в данном конкретном месте был перегрев.
Обратно свой цвет они уже не возвращают. Так что, если контакт грелся вечером или ночью, на следующий день вы это обязательно увидите.
После ревизии и подтяжки соединения, наклейку придется заменить на новую. Весь осмотр эл.щитовой будет заключаться в визуальном контроле цветовых полосочек.
При этом не нужно иметь с собой дорогостоящих тепловизоров или пирометров. Все максимально безопасно и элементарно просто.
Такая штука поможет вам оперативно предотвратить возможный пожар, аварию или повреждение оборудования.
Модельный ряд термоиндикаторов очень богат. Для каждой индивидуальной ситуации и щитовой можно подобрать свой стикер.
Они выпускаются на температуру от 50С до 130С.
Учитывая фазировку (ж-з-к) можно выбрать соответствующий цвет.
Провода и наконечники на жилы бывают большого и малого сечения. Соответственно и наклейки также можно подобрать по размеру – широкие или узкие.
Термонаклейки можно наносить как на контакты низковольтного оборудования (РЩ-0,4кв), так и в сетях среднего напряжения 6-10-20кВ.
Это могут быть жилы кабеля (с изоляцией), предохранители, шины в ячейках КСО и КРУ-6-10кВ.
Если вы изначально не знаете нормальную рабочую температуру оборудования, сперва воспользуйтесь трехточечными индикаторами.
Они покажут насколько греется контакт или изоляция в нормальном состоянии. А уже после этого можете смело наносить термонаклейку типа “волна” с температурой больше расчетной.
Сама наклейка хорошо пристает как к металлическому наконечнику (медь, алюминий), так и к изоляции жилы кабеля.
А что делать, если поверхность из материала с трудным сцеплением? Ничего страшного, просто как можно туже оборачиваете стикер кольцом вокруг этой поверхности и приклеиваете его сам на себя.
Помимо кабеля или шин стикеры можно наносить на корпус двигателя, подшипники, редуктора, обмотки трансформаторов и т.п.
Преимущества такого способа нагрева контактов очевидны:
Вы можете купить целый набор наклеек с существенным запасом.
- круглосуточный мониторинг без присутствия человека
- применение как в помещениях, так и на улице
Для уличного использования выпускается несколько другой модельный ряд.
У этих наклеек при перегреве широкая белая полоса изменяет свой цвет на черный. Пропустить и не заметить такой сигнал на фоне солнечного света и синего неба будет проблематично.
Визуально такой маркер различим даже с расстояния нескольких десятков метров.
Уличные наклейки не боятся отрицательных температур. Гарантийный срок службы – 5 лет.
Визуальный контроль могут производить электрики с самой низкой группой по электробезопасности.
- исключение как человеческого фактора, так и погрешности приборов
Однако помимо данной инновации разработчики пошли еще дальше. Визуальная инспекция конечно же хорошо, а что делать, чтобы не пропустить сам момент перегрева?
Как уже говорилось ранее, в пиковые часы нагрузки контакт может нагреться так, что произойдет авария или пожар, а вас рядом не будет. Как оперативно узнать об этом моменте?
Для этого воспользуйтесь другой разновидностью наклеек, которые входят в систему Thermosensor.
Помимо индикации нагрева этот стикер выделяет сигнальный газ (нетоксичный и негорючий). Откуда он берется?
В наклейке имеются замкнутые поры, заполненные жидкостью. Как только происходит рост температуры, давление в поре повышается и она взрывается, выбрасывая и высвобождая газ наружу.
Наличие газа фиксируется рядом установленным датчиком.
Сигнал от этого датчика вы можете вывести на любой пульт, лампочку, звонок, сигнализацию и т.д. Система даже позволяет посылать SMS уведомление на сотовый телефон, если вы находитесь далеко от объекта или диспетчерского пункта.
Таким образом вы моментально узнаете об аварийной ситуации в щитовой и сможете оперативно среагировать на нее еще до начала пожара.
Заметьте, что все пожарные датчики срабатывают уже после того, как произошло возгорание. А датчик Thermosensor среагирует, когда пожар еще даже не начался!
При этом производители долго подбирали химический состав газа таким образом, чтобы датчик реагировал именно на него и не возникало ложных срабатываний от табачного дыма, выхлопа автомашин и т.п.
Одна небольшая наклейка может выделять до 1м3 сигнального газа.
При помощи контрольно-приемных устройств (подключаемых по витой паре RS 485 или через радиоканал) и передачи сигнала на диспетчерский пункт, можно легко организовать оперативное реагирование на такую защиту.
Ей можно обвязать щитовые зданий и трансформаторных подстанций, расположенных на совершенно разных концах города. Диспетчер у себя на экране будет видеть сработку датчика и моментально пошлет туда оперативно-выездную бригаду еще до начала аварии.
Внедрив такую систему, надежность в наших электросетях можно повысить в разы.
Источник