logo logo

Основы и предпосылки тепловизионной диагностики

тепловизор

Физические основы и предпосылки применения инфракрасной техники для диагностирования электрооборудования, контактов и контактных соединений.

Части любого электрооборудования, находящегося под напряжением и/или нагрузкой, в той или иной мере нагреваются под их воздействием:

  1. токоведущие части электрооборудования (проводники) и контактных соединений (контактов) — Джоулевыми потерями;
  2. части электрооборудования, выполненные из ферромагнитных материалов — потерями на перемагничивание и вихревыми токами;
  3. части электрооборудования, выполненные из изоляционных материалов — диэлектрическими потерями в изоляции.

Совокупность нагретых токоведущих частей, контактных соединений (контактов), изоляционных, ферромагнитных материалов и конструктивных элементов электроустановки или ее части формирует температурное поле. Энергия этого поля частично отводится в окружающую среду путем теплопроводности и конвекции, а оставшаяся часть вызывает изменение теплового состояния электроустановки или ее части и излучается в окружающее пространство поверхностью электрооборудования или контактных соединений (контактов) в виде инфракрасного излучения.
Вид (конфигурация) и параметры этого температурного поля могут служить диагностическими параметрами (признаками) исправности или неисправности электрооборудования и контактных соединений (контактов): при появлении неисправности или ненормальной работе, конфигурация в параметры температурного поля поверхности изменяются, в температурном поле появляются тепловые аномалии. Сопоставляя конфигурацию и параметры температурного поля исправного и диагностируемого электрооборудования или контактных соединений (контактов), эти тепловые аномалии можно зафиксировать и, таким образом, обнаружить и локализовать дефект.
Кроме того, при диагностировании контактных соединений (контактов), можно измерить его температурные параметры и сопоставив их с нормируемыми значениями, сделать вывод о его степени дефектности.

Инфракрасное излучение — это электромагнитное излучение, характеризующееся длинами волн в диапазоне от 0,78 мкм до 1 мм. Диапазоны длин волн инфракрасного излучения в спектре существующих электромагнитных волн показаны на рис. 1.
Для целей технического диагностирования инфракрасной техникой используются два участка этого диапазона — коротковолновый (2—6 мкм) и длинноволновый (8— 12 мкм), в пределах этих участков атмосфера наиболее "прозрачна" для инфракрасного излучения.


Рис. 1. Спектр электромагнитных волн и место в нем ИК излучения

Для технической диагностики средствами инфракрасной техники электрооборудования и контактных соединений (контактов), применяется инфракрасная термография. Она использует в качестве диагностического параметра температурное поле объектов и связанный с ним процесс лучистого теплообмена между поверхностью объекта, окружающей средой и техническим средством диагностики путем улавливания, измерения и анализа ИК излучения, несущего информацию о конфигурации и количественных параметрах этого температурного поля.
В качестве технических средств инфракрасной термографии, для визуализации и количественного анализа температурных полей электрооборудования и контактных соединений (контактов), используются тепловизоры (тепловизионпые / термографичсские системы). Для измерений температур в отдельных точках этих полей применяются радиационные пирометры, позволяющие только измерять температуры отдельных точек поверхности объекта.
В общем случае, в объектив тепловизора или пирометра попадает поток инфракрасного излучения, состоящий из суммы следующих составляющих:

  1. собственного инфракрасного излучения контролируемого объекта, величина которого зависит от температуры поверхности объекта, коэффициента излучения поверхности (иногда его называют степенью "черноты" в инфракрасной области спектра) и коэффициента пропускания атмосферы, при этом величина потока собственного излучения связана с температурой поверхности объекта законом Стефана-Больцмана;
  2. отраженного от поверхности контролируемого объекта инфракрасного излучения, обусловленного падением на нее инфракрасного излучения от других объектов, окружающих контролируемый объект, солнечного излучения и других источников тепла. Величина отраженного инфракрасного излучения зависит от температуры "мешающих" объектов, коэффициента отражения поверхности контролируемого объекта, взаимного расположения инфракрасной камеры, контролируемого объекта и "мешающих" объектов, коэффициента пропускания атмосферы и ряда других факторов;
  3. прошедшего через контролируемый объект инфракрасного излучения, обусловленного его "прозрачностью" для инфракрасного излучения от "мешающих" объектов.

Из трех вышеперечисленных составляющих только первая несет информацию о температурном поле поверхности контролируемого объекта и является полезной для тепловизионной диагностики, две последних являются "паразитными" (при обследовании электрооборудования и контактных соединений (контактов) третьей составляющей можно пренебречь, потому что коэффициент пропускания ИК излучения для них практически равен нулю).

Метки материала: ,

Похожие материалы:

bottom