Бесконтактное измерение температуры электрооборудования

24.05.2022

Работа электротехнического оборудования независимо от его мощности неизбежно сопровождается выделением тепла. Это обусловлено теми физическими процессами, которые протекают в проводниках и деталях устройства. Если оборудование работает исправно, оно выделяет стабильное количество тепла, которое утилизируется штатными средствами охлаждения. Повышение температуры сигнализирует о наличии поломки, которая может привести к выходу из строя электрооборудования.

Плохой контакт – распространенная причина перегрева элементов электротехнического оборудования. Поэтому важно своевременно определить место нагрева для принятия соответствующих мер. Однако сделать это путем физического контакта на работающем электрооборудовании не всегда возможно. В особенности опасно обслуживание высоковольтных систем, где существует высокий риск поражения током.

Бесконтактное измерение – единственный безопасный способ определения температуры электрооборудования, его отдельных частей, мест соединения контактов.

Какие преимущества бесконтактного измерения температуры перед традиционными методами?

Необходимость измерения температуры в критических зонах электрооборудования возникла вместе с разработкой и эксплуатацией мощных силовых систем, где этот параметр имеет критическое значение. До появления бесконтактных существовали другие методы измерения температурных показателей работающего оборудования:

• Ртутные термометры. Имеют высокую точность, но при условии, что вблизи места измерения нет мощных источников электромагнитного поля, которые провоцируют нагрев ртути.
• Манометрические термометры. Основой прибора выступает баллончик, заполненный чувствительным к изменению температуры метилом. По мере изменения температурных показателей контролируемого прибора, вещество сжимается/расширяется, тем самым оказывая механическое воздействие на стрелку шкалы.
• Терморезисторы. Принцип работы основан на способности терморезисторов быстро реагировать на изменение температуры окружающей среды путем увеличения или понижения собственного сопротивления току.
• Термопары. В основе этих термометров – зависимость электродвижущей силы от температуры между проводниками. Измерения осуществляются с помощью потенциометра постоянного тока.

Несмотря на высокую точность измерений и возможность подключения подобных приборов к оборудованию КИПиА, они имеют недостатки. Большинство из представленных решений (кроме терморезисторных термометров) стационарны и требуют постоянного контроля. Кроме этого, невозможно выполнить юстировку или проверить работоспособность без необходимости отключения от сети контролируемого оборудования.

Бесконтактные измерители температуры электрооборудования лишены подобных минусов. Эти приборы портативны, могут использоваться персоналом на разных объектах, а их обслуживание не зависит от работы измеряемого электрооборудования.

Какие особенности бесконтактного измерения температуры?

Выделение тепловой энергии объектом – результат ускорения движения молекул и атомов, из которых он состоит. Именно эти процессы провоцируют возникновение теплового электромагнитного (инфракрасного) излучения. Чем выше температура тела, тем интенсивнее будет распространение волн. Именно на улавливании этих электромагнитных излучений основано бесконтактное измерение температуры.

Для получения достоверных значений датчик должен быть настроен на прием волны только определенной длины. В идеале, он должен улавливать колебания в диапазоне 0,5-20 мкм.

Также для получения достоверных измерений нужно учитывать эти моменты:

• исследуемый элемент или оборудование в целом должно быть в зоне прямой видимости;
• пыль, пар в помещении, как и загрязнения на самом объективе измерительного прибора снижают точность полученных значений температуры;
• структура поверхности, а также цвет объекта, оказывают влияние на интенсивность выделения инфракрасного излучения.

Какой принцип работы и устройство пирометра?

Пирометр улавливает тепловое излучение и в зависимости от его интенсивности выдает определенное значение температуры объекта. По принципу работы эти приборы бывают:

• Радиационные. Осуществляют расчет мощности улавливаемого теплового электромагнитного излучения и на основании этого выдают значение температуры.
• Цветовые. Определение температурных показателей выполняется на основании сравнения в разных спектрах получаемого инфракрасного излучения с измеряемого оборудования.
• Оптические. Выполняют сравнение цвета объекта с эталонной нитью. В зависимости от разницы оттенков определяется температура.

Все типы пирометров зависимы от оптики, которая в них установлена. Она имеет определенный угол обзора, разный у каждого прибора, оказывающий непосредственное влияние на то, с какого расстояние нужно вести измерение температуры. Поэтому во многих моделях пирометров применяются лазерные целеуказатели, облегчающие выбор оптимальной отдаленности к электрооборудованию.

Как устроен и какие функции тепловизора?

Принцип работы тепловизоров похож на пирометры, но ввиду того, что он не просто измеряет температуру, а визуализирует степень нагрева исследуемого оборудования на экране, его устройство более сложное. Установленная в приборе оптика фокусирует инфракрасное излучение на матрицу (датчик), состоящую из огромного количества отдельных пикселей и имеющую определенное расширение. Каждый чувствительный элемент преобразовывает в электрический импульс свою часть приходящего с линзы теплового излучения.

Обработкой данных, полученных с матрицы, занимается процессор тепловизора. Вывод результатов осуществляется на дисплей прибора в виде цветного изображения температуры объекта. Рядом с картинкой располагается шкала, где каждому оттенку присваивается свое температурное значение.

В зависимости от конкретной модели, тепловизоры имеют следующие дополнительные функции:

• Температурный экстремум. Кроме визуализации, прибор может демонстрировать в цифровом выражении точки с максимальным/минимальным значением температуры.
• Видимый спектр излучений. Для реализации этой опции в тепловизоре встроена обычная фотокамера, которая делает фотоснимки параллельно тем, что в ИК диапазоне.
• Сохранение и передача данных. Для хранения снимков в тепловизорах используется съемная карта памяти, что позволяет выполнить обработку полученных изображений с компьютера. Некоторые модели оборудованы Wi-Fi модулем для беспроводной передачи информации.

При обслуживании электрооборудования тепловизор оказывает неоценимую помощь. Он позволяет обнаружить потенциальные неисправности до того, как случится авария. Тем самым сокращается время простоев, что является критически важным условием успешной работы предприятия.

Использование пирометров и тепловизоров для контроля за технологичным процессом

В технологических процессах экструдирования, а также на химических предприятиях, где для обогрева трубопроводов применяются хомутовые электрические нагреватели, большое значение имеет контроль заданных температурных параметров. Однако при надлежащем контакте между ТЭНой и оборудованием возможен перегрев отдельных обогреваемых участков. В результате нарушается технологический процесс, который приводит к возникновению брака готовой продукции.

При помощи тепловизора можно оперативно установить места плохого контакта и своевременного его устранить путем затяжки элементов крепления. Также прибор позволяет выполнять контроль производства в реальном времени. Например, измерять фактическую температуру пластиковых масс на разных стадиях экструдирования и вносить соответствующие настройки в работу оборудования.

Как использовать побежалость металла при контроле температуры электрооборудования?

Во время нагрева и при условии отсутствия влаги на поверхности металла возникает оксидная пленка. В зависимости от степени прогрева она изменяет свой оттенок, что и является побежалостью. По ней можно определить, был ли перегрев детали и какое его приблизительное значение.

Стоит отметить, что степень побежалости у разных металлов и сплавов отличается. Чтобы установить конкретное значение, необходимо обратиться к справочнику. Например, при нагреве детали из нержавеющей стали до 100 градусов Цельсия на ее поверхности появляются радужные полосы.

Этот метод определения перегрева компонентов электрооборудования является приблизительным и не может быть использован для постоянного контроля. Для этого лучше подойдет пирометр или тепловизор.