Wprowadzenie do obrazowania termicznego oraz

Wprowadzenie do
obrazowania termicznego
oraz do pomiaru temperatury
w podczerwieni
Radosłław Wiś
śniewski
ASTAT sp. z o.o.
60-451 POZNAŃ
Ń
Ul. Dą
ąbrowskiego 441
www.astat.com.pl
[email protected]
Tel. 061 848 82 76
Sposoby transmisji ciepłła
• Przewodnictwo (ciała
stałe)
• Konwekcja (płyny)
• Promieniowanie
Przewodnictwo
Izolacja zmienia przewodnictwo
Konwekcja
• Zależy od:
– Prędkości
powietrza/płynięcia cieczy
– Położenia powierzchni w
stosunku do czynnika
– Warunków powierzchni
– Lepkości (gęstości)
cieczy/powietrza
– Różnicy temperatury
pomiędzy powierzchnią a
powietrzem/cieczą
Promieniowanie
• Nie jest wymagany bezpośredni kontakt
(może rozchodzić się również w próżni)
• Jest naturalna: wszystkie ciała stałe lub ciecze
emitują swoją energię do otoczenia
• Szybkość: porównywalna z prędkością światła
Dlaczego bezdotykowy pomiar
temperatury w podczerwieni?
Ponieważ
ż jest szybki, bezpieczny i dokłładny…
1) Pomiar z odległości
• Niebezpieczeństwo kontaktu z
napięciem
• Trudność z przeprowadzeniem
pomiaru (HVAC)
• Ruszające się obiekty
2) Pomiar bezdotykowy
• Bardzo gorące elementy
• Gdy kontakt może uszkodzić
badaną próbkę lub zmienić jej
temperaturę (żywność i chemia)
Radiacja: Widmo Elektromagnetyczne
Gamma X
UV
Widzialne
Termiczne
Dłługie fale
IR
Krótkie fale
Bliska IR
IR
.4
.7
2
6
Mikrofalowe Radiowe
8
Długość fali
Kamery firmy NEC obejmują
ą zakres 8-14 mikronów.
15
Promieniowanie ciała doskonale
czarnego zależność długości fali od
temperatury
1 10
1 10
9
λmax T = 2898 µm-K
8
SUN
R
E
W
O
P
D
E
T
A
I
D
A
R
E
V
I
T
A
L
E
R
Y
D
O
B
K
C
A
L
B
1 10
1 10
7
6
2000C
1 10
1 10
1 10
5
1000C
4
500C
3
200C
1 00
25C
10
1
0 .1
1
10
WAVELENGTH (um)
1 00
Radiacja: Widmo elektromagnetyczne
Zdolność transmisji promieniowania 1 m powietrza
przy 32 C i wilgotności 75%
8 - 14 µm okno zapobiega absorpcji przez atmosferę
ę.
Prostota rozumienia obrazu termicznego…
Paleta obrazów termowizyjnych
• Metal
• Szarość
• Tęcza
Inaczej pojmowana jakość sprawdzeń
kontrolnych
Obraz
• Nie musimy znać temperatury do oceny
problemu
• Nie musimy ustawiać emisyjności
• Ocena bardzo intuicyjna
• Szybko widzimy odstępstwa od normy
Wartość
ść
• Wymagany radiometryczny odczyt
temperatury
• Wymagane porównanie z ustalonymi
limitami
• Śledzenie nawet niewielkich zmian
• Pomiar musi być przeprowadzony w dobrze
znanych warunkach (obciążenie, środowisko)
Rozdzielczość
ść optyczna:
Praktyczne przykłłady
• Można zobaczyć gorący
punkt
Ale nie można go zmierzyć
Teraz zbliżyliśmy się do celu
Zastosowanie termografii
Sprawdzanie budynków
• Budynki sprawdzamy z
kilku powodów:
– Ocena izolacji
– Lokalizacja wypływu
powietrza
– Ocena konstrukcji
– Lokalizacja miejsca
zawilgocenia
Sprawdzanie budynków
Zapowietrzony grzejnik, różnica w
temperaturze 30 C.
Zmiany powierzchniowe
Termografia może pomóc zlokalizować wycieki i uwidocznić
rozkład systemu ogrzewania podłogowego.
Temperatura
powierzchniowa
• To co nas interesuje
najbardziej jest zrozumienie
przyczyny wydzielania się
ciepła:
– Wzrost rezystancji połączeń
elektrycznych
– Tarcie mechaniczne
– Brak lub uszkodzenie izolacji
• Jaka jest zależność między
temperaturą powierzchniową
a wewnętrznym źródłem
ciepła?
Zastosowanie termografii w przemyś
śle
• Zapobiegawcze pomiary w utrzymanie ruchu
– Zasilanie elektryczne
– Elementy elektro-mechaniczne
– Elementy mechaniczne
• Zakres stosowania
– Para wodna i zawory
Rozdzielnie i Stacje GPZ
Stacje GPZ
Oba rodzaje sprawdzeń
ń: obraz
ogólny i szczegółłowy są
ą
moż
żliwe do przeprowadzenia
kamerą
ą TH9100
Połą
łączenia
elektryczne
łą
Element łączeniowy na jednej z faz ma
temperaturę 50 C i jest znacząco wyższy
od pozostałych.
Połą
łączenia
elektryczne
łą
Odczyt temperatury pokazuje, że
temperatura na ochronnikach obu faz jest
wysoka, co sugeruje niesymetryczne
obciążenie.
Połą
łączenia
elektryczne
łą
• Organizacja NETA (InterNational
Electrical Testing Association)
okreś
śliłła konieczność
ść podję
ęcia
natychmiastowych działłań
ńw
przypadku, gdy przy podobnym
obciąż
ążeniu
róż
żnica temperatury (DT)
ąż
przekroczy 15 °C (27 °F)
•Lub kiedy DT mię
ędzy elementami
elektrycznymi a temperaturą
ą
powietrza przekroczy 40 °C (72 °F).
Zapobieganie poż
żarom
Opracowany w USA raport mówi, że w
8,7% przyczyną pożarów są elektryczne
elementy i sama sieć zasilająca.
Zapobieganie poż
żarom
• Najbardziej typowe przyczyny:
– Słabe połączenia
– Uszkodzenie izolacji
– Wyładowania atmosferyczne
– Harmoniczne
– Błędy w połączeniach
– Przeciążenia
• Przydatne badania
– Termografia
– Oględziny
– Pomiar rezystancji styków/
połączeń
– Pomiar rezystancji izolacji
– Pomiar rezystancji uziemienia
– Pomiar przekładni
transformatora
– Pomiar jakości energii
– Pomiar skuteczności
samoczynnego wyłączenia
zasilania
Asymetria zasilania lub
przeciąż
ążenie
ąż
Asymetria zasilania lub
przeciążenie?
• Gdzie jest wzrost
rezystancji? Na
lewym czy na
prawym styku?
• Nie ma potrzeby
szukania punktu
aby określić
uszkodzone
połączenie!
Termografia w
zapobiegawczym utrzymaniu
ruchu
Energetyka
Połą
łączenia
łą
•Kiedy poszczególne elementy grzeją się, przyczyną może
być:
– Niesymetryczne obciążenie I(L2)> I (L1,L3)
– Zwiększona wartość rezystancji R(L2)>R(L1,L3) przyczyna: korozja,
słabe połączenie, oksydowanie
• T~ P = R x I²
(P moc elektryczna w W, R=rezystancja styku w Ohm,
I=Prąd w fazie L1)
Jest bardzo waż
żne aby zanotować
ć warunki obciąż
ążenia
poszczególnych
ąż
elementów i w czasie sprawdzania nie przeciąż
ążać
ąż ć tych elementów.
Energetyka
Połą
łączenia
łą
• Standardy poszczególnych krajów zdefiniowały maksymalne
temperatury i związany z nimi poziom ryzyka (Np. w
Niemczech : DIN VDE 0100)
• Temperatury potrzebne do obliczeń zgodnych ze standardem
i oszacowaniem poziomu ryzyka muszą odnosić się do
wartości 50% obciążenia:
• A: ∆T <5 K
Należy mieć na uwadze
naprawę lub wymianę przy najbliższym
przestoju.
• B: ∆T 5 -30 K Należy dokonać naprawy możliwie jak
najszybciej.
• C: ∆T >30 K Należy niezwłocznie dokonać naprawy
Energetyka
Połą
łączenia
łą
• dTaktualna = Tzmierzona – Totoczenia
2
• dT50%obciąż
=
dT
(I
/I
)
ążenia
aktualna 50%obciąż
ąż.
ąż
ąż zmierzone
Przykłład:
Tzmierzona = 33°°C,
Totoczenia = 25°°C
Izmierzony = 20% obciążenia,
dTaktualna = 33°°C – 25°°C = 8 C
= 8 C x (50/20)² = 8 C x 6.25 = 50 C
dT 50%obciąż
ążenia
ąż
• Wniosek: Błąd Poziom C !!
Duż
ży problem z dokłładnoś
ścią
ą pomiaru, ponieważ
ż błą
łąd
ędzie wzrastałł z
łą w odczycie bę
kwadratem współłczynnika obciąż
ążenia
(w naszym przypadku 6.25)!!
ąż
Energetyka
• Jaka będzie temperatura przy obciążeniu 80%?
Przykłład: Tzmierzona = 45°°C,
Totoczenia = 35°°C
Izmierzone = 40% load
• dTaktualna = Tzmierzona – Totoczenia
2
• dT80%obciąż
=
dT
(I
/I
)
ążenia
aktualna 80%obciąż
ążenia
zmierzony
ąż
ąż
• dTaktualna
= 45°°C – 35°°C = 10°°C
dT 80%obciąż
= 10 °C x (80/40)² = 10°°C x 4 = 40°°C
ążenia
ąż
Wnioski: przy podwojeniu obciąż
ążenia
róż
żnica w
ąż
temperaturze bę
ędzie 4 razy wyż
ższa!
Sprawdzanie zapobiegawcze
Kontrola instalacji elektrycznych
• Zasada: podczas pomiarów instalacji elektrycznej i
urządzeń, obciążenie powinno wynosić co najmniej
40% max obciążenia, przynajmniej przez ostatnie ½
godziny!
• Nigdy nie przeprowadzamy pomiarów instalacji i
urządzeń przy obciążeniu poniżej 20% wartości
nominalnej!
• Jeśli obciążenie zmienia się szybko, należy sprawdzić
średnie obciążenie w ostatnich 2 godzinach!
Sprawdzanie zapobiegawcze
Kontrola instalacji elektrycznych
• Przy 40% obciążeniu, temperatura kabla wynosząca
45°C nie stwarza zagrożenia!
• Przy 80% obciążeniu temperatura powinna wzrosnąć
do około 75°C , jest to powyżej dopuszczalnej
maksymalnej temperatury dla kabli PCV!
• Podczas sprawdzania pod obciążeniem 20%,
ewentualne defekty będą słabo widoczne ze względu
na małe różnice temperatury w stosunku do
otoczenia!
Termografia w rutynowym
monitoringu
Obraz termiczny silnika
elektrycznego
Silniki elektryczne są głównym elementem w
przemyśle. Szacuje się, że w amerykańskim
przemyśle pracuje ponad 40 milionów silników
elektrycznych i 70 % energii jest pobierana
przez te silniki. Wskazuje to jednoznacznie na
ich ważność.
Obraz w podczerwieni
urządzeń elektrycznych
Silniki elektryczne: Połą
łączenia
łą
• Ze względu na występujące
wibracje w silnikach często
występuje problem z
połączeniami.
• Problem ze sprawdzeniem
• Niebezpieczeństwo podczas
otwierania osłony dopóki silnik
jest obciążony.
• Rozwiązanie: użycie kamery
Silniki elektryczne
•Skrócony czas życia
izolacji o:
•Max temperatura
przekroczona o :
– +10° C
– +20° C
– +30° C
Uwaga: Temperatura
powierzchniowa osłony jest typowo
chłodniejsza o 10° C od
temperatury uzwojeń silnika
– 50%
– 75%
– 88%
Sprawdzenie silnika:
•Osłabienie izolacji powoduje we
wszystkich silnikach wzrost
temperatury
•Przegrzanie jest przyczyną
powstawania uszkodzeń
•IR(pomiar w podczerwieni) dostarcza
szybkiej informacji z odległości.
Silniki elektryczne
• Problemy, które mogą by
wykryte:
–
–
–
–
–
–
Uszkodzenie izolacji
Asymetria napię
ęcia
Przeciąż
ążenie
ąż
Niewłłaś
ściwe chłłodzenie
Uszkodzenie łoż
żysk
Niewłłaś
ściwe osiowanie
wałłu.
•Przeprowadzić pierwszy pomiar aby otrzymać linię
bazową (odniesienia)
•Wykorzystać rutynowe sprawdzenie do określenia
anomalii w stosunku do linii bazowej
•Porównać wyniki z max temperaturami podanymi
przez producenta
Sprawdzenie łoż
żysk
Należy odpowiednio przygotować silnik do
sprawdzenia, tak aby łożyska i łączenia były
odpowiednio widoczne dla kamery.
Sprawdzanie łoż
żysk
Obraz ten pokazuje inny problem z
łożyskami i przekazywanie ciepła do
sprzężonego elementu z prawej strony.
Obraz ten pokazuje silnik, który się grzeje :
przyczyną może być: ograniczone
chłodzenie, lub bardziej prawdopodobne
niewłaściwe osiowanie.
Sprawdzanie rolek tocznych
•Inspekcja nowo
zainstalowanych rolek pod
względem wibracji zajmuje sporo
pracy i czasu, przy pomocy IR
nie jest to problem
•Możliwe konsekwencje:
• Kilkugodzinna przerwa w
produkcji
• Wysokie koszty naprawy
przez autoryzowany serwis
•Rozwiązanie: Sprawdzenie
kamerą w zakresie podczerwieni
przed pojawieniem się usterki
Sprawdzanie łoż
żysk
• Przeprowadzić pierwszy
pomiar aby otrzymać
linię bazową
(odniesienia)
• Wykorzystać rutynowe
sprawdzenie do
określenia anomalii w
stosunku do linii bazowej
• Porównać wyniki z max
temperaturami podanymi
przez producenta
System zasilania parą
ą wodną
ą
System parowy
Kamera pokazuje jak podczas normalnej pracy zaworu
para jest zatrzymywana (wyższy obrazek) i podczas
uszkodzenia zaworu przenika przez zawór (dolny
obrazek).Różnica temperatur pomaga zrozumieć obraz
termowizyjny.
Obraz termowizyjny z lewej strony pokazuje jak wygląda
upływ z zaworu znajdującego się na bypasie.
Specyficzne powią
ązanie
danych
• Miejsce pomiaru
• Komentarz
• Alarm dolny i
górny
• Emisyjność
• RTC
Trending – Specyficzne opcje
Podglą
ąd trendu temperatury
Dzię
ękuję
ę za uwagę
ę