Termografering er en enkel måte å identifisere tilsynelatende temperaturforskjeller i trefasekretser i industrien på, sammenlignet med normale driftsforhold. Ved å inspisere de termiske gradientene for alle tre faser side om side, kan teknikere raskt identifisere uregelmessigheter i individuelle ledninger grunnet usymmetri eller overbelastning.
Elektrisk usymmetri kan skyldes flere forskjellige kilder: problemer med strømforsyningen, lav spenning i en grenledning eller et gjennomslag i isolasjonen inne i motorviklingene.
Selv en liten usymmetri i spenningen kan føre til at forbindelser forringes slik at tilført spenning blir lavere så motorer og andre laster trekker usedvanlig mye strøm, gir lavere dreiemoment (med tilhørende mekanisk belastning) eller svikter raskere. Alvorlig usymmetri kan føre til at det går en sikring så driften redueres til enfase. I mellomtiden vil den usymmetriske strømmen gå tilbake på nøytrallederen, noe som fører til at energileverandøren belaster anlegget for toppforbruk.
Det er praktisk talt umulig å balansere spenningen over de tre fasene perfekt. National Electrical Manufacturers Association (NEMA) definerer usymmetri som en prosentandel: % usymmetri – [(100)(maksimalt avvik fra gjennomsnittspenning)] / gjennomsnittspenning. NEMA har laget utkast til spesifikasjoner for flere typer utstyr for å hjelpe operatører med å fastslå akseptable grader av usymmetri. Disse er nyttige som sammenligningsgrunnlag ved vedlikehold og feilsøking.
Komponenter det er vanlig å inspisere
Ta termografier av alle eltavler og andre koblingspunkter med høy last, f.eks. drivverk, skillebrytere, regulatorer osv. Hvis du oppdager forhøyede temperaturer, følger du den aktuelle kretsen og undersøker tilhørende grener og laster.
Kontroller tavler og andre koblingspunkter med dekslene av. Ideelt sett bør du kontrollere elektriske apparater når de er fullstendig oppvarmet og i stabil tilstand med minst 40 % av typisk last. Dette gjør det mulig å evaluere målingene skikkelig og sammenligne dem med normale driftsforhold.
Unormal oppvarming forbundet med høy resistans eller for sterk strøm er hovedårsaken til mange problemer i elektriske anlegg. Infrarødt-termografering gjør oss i stand til å se disse usynlige termiske tegnene på forestående skader før de oppstår. Når det går strøm gjennom en elektrisk krets, konverteres deler av den elektriske energien til varmeenergi. Dette er normalt. Men hvis det er unormalt høy resistans i kretsen eller unormalt sterk strøm, genereres det også unormalt høy varme. Dette er uøkonomisk og potensielt skadelig.
Ohms lov (P=I2R) beskriver forholdet mellom strøm, elektrisk resistans og effekten eller varmeenergien som genereres. Vi bruker høy elektrisk resistans for å oppnå positive resultater som varme i en brødrister eller lys i en lyspære. Men noen ganger genereres uønsket varme som fører til kostbare skader. Underdimensjonerte ledere løse forbindelser eller for sterk strøm kan forårsake unormalt høy, uønsket oppvarming som resulterer i farlig varme elektriske kretser. Dette kan føre til at komponenter blir så varme at de smelter.
Termokameraer gjør det mulig å se varmekarakteristikker forbundet med høy elektrisk resistans lenge før kretsen blir varm nok til å forårsake strømbrudd eller eksplosjon. Vær oppmerksom på to grunnleggende termiske mønstre forbundet med elektrisk svikt: 1) høy resistans på grunn av dårlig overflatekontakt og 2) problemer med overbelastede kretser eller flerfaseusymmetri.
Dette bør du se etter
Lik last skal medføre like temperaturer. I en situasjon med usymmetrisk last vil fasen(e) med større last framstå som varmere enn de andre på grunn av varmen som genereres av resistansen. En usymmetrisk last, overbelastning, dårlig forbindelse og usymmetriske oversvingninger kan imidlertid alle skape et lignende mønster. Det er nødvendig å måle den elektriske lasten for å diagnostisere problemet.
Det er god rutine å opprette en regelmessig inspeksjonsrute som omfatter alle elektriske hovedforbindelser. Lagre hvert bilde du tar på en datamaskin og spor målingene dine over tid ved hjelp av programvaren som følger med Fluke-termokameraet. Dette gjør det mulig å opprette en bildebasis for å sammenligne med bilder tatt på senere datoer. Denne prosedyren hjelper deg også med å avgjøre om en hete- eller kuldeflekk er uvanlig. Etter korrigerende tiltak hjelper nye bilder deg med å avgjøre om reparasjonene var vellykkede.
Varme produseres av strøm som går gjennom en kontakt med høy elektrisk resistans. Denne typen problem er vanligvis knyttet til bryterkontakter og andre kontakter. Det faktiske varmepunktet kan være svært lite, i begynnelsen ofte mindre enn 1,5 mm. Nedenfor finner du flere eksempler på funn som er gjort med IR SnapShot under kundedemonstrasjoner.
Termogram A) er en motorstyring for en heis på et stort hotell. En av trefaseforbindelsene var løs og forårsaket økt resistans ved kontakten. Overopphetingen førte til en temperaturøkning på 50 °C. Termogram B) er en trefasesikring der én ende av én sikring har dårlig elektrisk kontakt med kretsen. Den økte kontaktresistansen forårsaket 45 °C høyere temperatur ved denne forbindelsen enn ved de andre sikringsforbindelsene. Termogram C) er en sikringsklemme der en av kontaktene er 55 °C varmere enn de andre. Og termogram D) er et tofasestøpsel med løse kabelforbindelser som førte til at terminalene ble 55 °C varmere enn omgivelsene.
Alle disse fire eksemplene var alvorlige og måtte utbedres umiddelbart. Termogram B) viser et interessant prinsipp som brukes ved tolkning av termiske mønstre i elektriske kretser. Sikringen er bare varm i den ene enden. Hvis sikringen hadde vært varm i begge ender, ville problemet blitt tolket på en annen måte. En overbelastet krets, faseusymmetri eller for liten sikring ville ført til overoppheting i begge ender av sikringen. Det at den er varm bare i én ende, tyder på at problemet er høy kontaktresistans i den oppvarmede enden.
Støpselet i Termogram D) ble alvorlig skadet, som vist i det visuelle bildet nedenfor, men den fortsatte å fungere til den ble skiftet ut.
Hva innebærer «full alarm»?
Reparasjoner bør prioriteres etter sikkerhet først – dvs. utstyrsforhold som utgjør en sikkerhetsrisiko – fulgt av viktigheten av utstyret og omfanget på temperaturstigningen. NETAs (InterNational Electrical Testing Association) retningslinjer krever umiddelbare tiltak når temperaturforskjellen mellom lignende elektriske komponenter med lignende last overskrider 15 °C eller når temperaturforskjellen mellom en elektrisk komponent og omgivelsene overskrider 40 °C.
NEMA-standardene advarer mot å operere motorer ved spenningsusymmetri som overskrider én prosent. NEMA anbefaler faktisk at motorer nedgraderes hvis de opererer ved høyere usymmetri. Trygge prosentandeler for usymmetri varierer for annet utstyr.
De følgende termogrammene viser overbelastede kretser. Termogram E) viser en tavle der hovedbryteren øverst er overopphetet til 75 °C over omgivelsestemperaturen. Denne tavlen er overbelastet, og dette må utbedres umiddelbart. Termogram E) og F) viser at alle standard-effektbryterne er overopphetet. De var 60 °C varmere enn omgivelsene. Selv om ledningstrådene er blåfarget i termogrammet, er de også varme, 45–50 °C. Hele dette elektriske anlegget må gjøres om.
Termogram G) viser at én av regulatorledningene er ca. 20 °C varmere enn de andre. Det kreves ytterligere undersøkelser for å finne ut hvorfor en ledning er så mye varmere enn de andre, og for å bestemme hvilke reparasjoner som trengs. Termogram H) viser en strømtransformator som er 14 °C varmere enn de to andre transformatorene i en trefasetilknytning. Dette vitner om alvorlig usymmetri i strømtilførselen eller en defekt strømtransformator, som kan få kraftig innvirkning på kundens strømregning.
Krav til last
Når man foretar en inspeksjon, er det viktig at det er last på systemet. Vent med inspeksjonen til «verste fall» eller topplaster, eller til lasten er minst 40 % (i henhold til NFPA 70B). Varme som genereres av en løs forbindelse, øker med kvadratet av lasten; jo høyere last, desto enklere er det å finne problemer.
Ikke glem å vurdere kjøleeffekten av vind eller annen luftbevegelse.
Kun overflatetemperatur
Infrarødt-kameraer kan ikke se gjennom eltavler eller metalliske kabelkanaler. Åpne alltid kapslinger der det er mulig, så kameraet kan se de elektriske kretsene og komponentene direkte. Hvis du finner unormalt høy temperatur på utsiden av en kapsling, kan du være sikker på at temperaturen er enda høyere på innsiden, og vanligvis mye høyere. Nedenfor finner du noen termogrammer som er tatt av en busskapsling, og som identifiserer et alvorlig problem med elkablene inne i kapslingen. Heteflekkene var i størrelsesorden 10 °C varmere enn omgivelsene og 6 °C varmere enn andre deler av busskapslingen.
Busskapslinger:
Strømfordeling
Det finnes flere hundre ulike typer utstyr i elektriske anlegg, for alt fra e-verkets elektrisitetsproduksjon, høyspenningsfordeling og kontaktor- og transformatorstasjoner, til fordelingstransformatorer, bryterutstyr, effektbrytere, målere, lokal fordeling og apparattavler. Mange e-verk har kjøpt FlexCam® eller SnapShot® for å gjøre vedlikeholdsarbeidet lettere. Og bedrifter innenfor de aller fleste bransjer har kjøpt Infrared Solutions-kameraer for å lette vedlikeholdsarbeidet i sin ende av fordelingsnettet.
Termogram M) er en fordelingstransformator som hadde lekket litt kjøleolje, som medførte farlig overopphetede spoler nær toppen. En forbindelse 160 °C varmere enn omgivelsene. Denne transformatoren trengte umiddelbar utskiftning, men selskapet ønsket å utsette reparasjonen med én måned slik at den kunne gjøres under en planlagt nedstenging av hele anlegget. De brukte et IR SnapShot-kamera til å overvåke tilstanden til transformatoren, og klarte å utsette reparasjonen. Termogram N) viser en stolpemontert fordelingstransformator med en forbindelse som er 30 °C varmere enn omgivelsene. Denne tilstanden krevde vedlikehold ved første passende anledning. Termogram O) viser en varm hovedkobling på en strømbryter ved en transformatorstasjon i
Mexico. Koblingen viste seg å være 14 °C varmere enn de andre. Dette ble antatt å være et problem som krevde oppmerksomhet. Termogram P) viser en kobling i høyden, i en transformatorstasjon i Peru. Den var mindre enn 10 °C over omgivelsestemperaturen, og var ingen grunn til umiddelbar bekymring.
Hvor mye kan svikt potensielt koste?
Motorsvikt er en vanlig følge av spenningsusymmetri. Totalkostnaden er en kombinasjon av prisen på en motor, arbeidet som kreves for å skifte den ut, kostnaden for produkter som kastes på grunn av ujevn produksjon, drift av produksjonslinjen og inntektstapet under driftsstansen på linjen.
Anta at det koster 5000 dollar å skifte ut en motor på 50 hk hvert år, inkludert lønnskostnader. Anta 4 timers driftsstans per år med et inntektstap på 6000 dollar per time. Totalkostnad: 5000 dollar + (4 x 6000 dollar) = 29 000 dollar i året.
Oppfølgingstiltak
Når et termografi viser at en hel leder er varmere enn andre komponenter i en del av en krets, kan lederen være underdimensjonert eller overbelastet. Kontroller lederens klassifisering og den faktiske lasten for å fastslå hva som er tilfelle.
Bruk et multimeter med tang, en strømtang eller en nettkvalitetsanalysator for å sjekke strømsymmetri og last på hver fase.
På spenningssiden ser du etter spenningsfall på beskyttelsen og bryterutstyret. Generelt skal nettspenningen være innenfor 10 % av klassifiseringen på typeskiltet. Nøytral-til-jord-spenning forteller deg hvor tungt belastet systemet ditt er, og hjelper deg med å spore overharmonisk strøm. Nøytral-til-jord-spenning på over 3 % bør utløse ytterligere undersøkelser.
Laster endres, og en fase kan plutselig være 5 % lavere på en linje hvis det kobles inn en enfasebelastning av betydelig størrelse. Spenningsfall over sikringer og brytere kan også vises som usymmetri ved motoren og overskuddsvarme ved området som er roten til problemet. Før du antar at årsaken er funnet, må du dobbeltsjekke både med termokameraet og strømmålingene fra multimeteret eller strømtangen.
Hverken matere eller avgreninger skal belastes til maksimal tillatt grense. Ligninger for kretslast skal også ta høyde for oversvingninger. Den vanligste løsningen på overbelastning er å omfordele laster mellom kretsene, eller styre når laster kobles inn under prosessen.
Med den tilhørende programvaren kan alle mulige problemer som avdekkes med et termokamera, dokumenteres i en rapport som inneholder et termografi og et digitalt fotografi av utstyret. Dette er den beste måten å formidle problemer og foreslå reparasjoner på.