5. Применение термографии и тепловидения

Тепловидение и термография сегодня широко применяются в качестве инструмента неразрушающего контроля при обследовании электрического оборудования (двигатели, распределительные устройства и подстанции), технологического оборудования (автоматизированное производственное и сборочное), а также при энергоаудите зданий и ограждающих конструкций. При энергоаудите зданий с помощью тепловизоров выявляется состояние теплоизоляции, производится поиск источников утечки тепла, места проникновения влаги и др.

Обследование электрооборудования

Диагностика электрооборудования, обследование электротехнического оборудованияТепловизоры очень удобны для проверки текущего состояния электрических систем, так как обеспечивают их быстрое обследование без непосредственного контакта с исследуемым объектом. При этом удается обнаружить возможные источники проблем, когда визуальный осмотр не показывает ничего.

Тепловизионное обследование электрооборудования большей частью носит качественный характер и состоит из простого сравнения тепловых изображений похожих элементов. В случае 3-х фазных систем тепловое изображение фаз очень наглядно, и позволяет сразу выявить места возможного отказа ярко выраженными тепловыми сигнатурами. Например, если тепловизионное изображение фаз показывает их различие в температурах, и это различие нельзя объяснить штатными технологическими условиями,  то это указывает на ненормальный режим работы одной из фаз – фаза с отключенным напряжением будет выглядеть более холодной и наоборот, ненормально высокое сопротивление вызовет перегрев в месте контакта и отразится «горячим» пятном на термограмме.

Прямое поражение электрическим током при тепловизионном обследовании электрооборудования случается нечасто, так как измерения производятся дистанционно и не требуют непосредственного контакта. Но термографисты должны помнить об опасности пробоя при открывании крышек электрооборудования и дверей электрических шкафов. (Напомним, что температура дуги достигает 16650°С, а открывание крышек и дверей необходимо, иначе теряется смысл проведения тепловидения). Вероятность пробоя увеличивается при напряжении 380 В и выше, поэтому открывание  крышек и дверей должно производиться персоналом, имеющим специальный допуск.

Ввиду высокой поражающей способности дугового пробоя Международные регулирующие органы разрабатывают стандарты и требования, минимизирующие вероятность возникновения пробоя. Эти требования включают в себя обеспечение мероприятий для безопасного проведения работ, разработку методик проведения обследований и рекомендуют применение средств индивидуальной защиты глаз, головы, кожи и рук.

Методики тепловизионного обследования электрических систем основаны на здравом смысле, технических возможностях тепловизора и практическом опыте. Для получения максимально достоверных результатов, измерения должны проводиться на работающем электрооборудовании с помощью тепловизора с хорошим разрешением. В частности, для проведения данных работ рекомендуется использовать тепловизор от MVR-Company модель RY-138  со встроенной камерой.

Достаточно часто на практике встречается электрооборудование, обследование которого крайне затруднено или крайне опасно. В данном случае прибегают к установке специальных смотровых окон, пропускающих инфракрасное излучение и, соответственно, позволяющих дистанционно обследовать внутренние пространства. Установку смотровых окон нужно проводить так, чтобы можно было увидеть все внутренние устройства без открывания крышек и дверей. Для поставки инфракрасных смотровых инфракрасных окон обращайтесь к специалистам компании MVR-Company.

При невозможности проведения тепловизионного обследования электрооборудования, необходимо воспользоваться другими приборами неразрушающего контроля, в частности, анализаторами ультразвука.

Все дело в том, что неисправные электрические соединения не только перегреваются, но и издают ультразвук, который регистрируется ультразвуковыми анализаторами, устанавливаемые в щелях или отверстиях электрических шкафов.

Диагностика зданий и сооружений, обследование кровли и стенШирокое применение тепловизоров для диагностики электрооборудования не всегда означает их правильное и эффективное использование. Зачастую малоопытный термографист пропускает или неправильно диагностирует возможные проблемы. Происходит это за счет температурного воздействия других факторов, маскирующих действительную проблему, а также временной неоднозначностью степени нагрева от степени неисправности.

Хорошо известна прямая зависимость температуры электрического соединения от изменения нагрузки. Теоретически достаточно просто вычислить тепловую мощность соединения с высоким сопротивлением (I2R), однако точную температуру соединения предсказать значительно сложнее. По этой причине некоторых стандарты рекомендуют проведение тепловизионных обследований при нагрузке, составляющей  не менее 40% от максимально возможного значения. При этих измерениях необходимо уделять самое пристальное внимание любым температурным неоднородностям, так как при полной нагрузке эти неоднородности могут существенно возрасти.

Если нагревающиеся элементы электрооборудования не видны тепловизору напрямую (как в случае с закрытым шинопроводом, или при отсутствии крышек и смотровых окон), то можно судить о возможной проблеме сравнением показания тепловизора с показаниями термометра, установленного в месте нахождения потенциальной проблемы. Например, в случае шинопровода разность (градиент) температур в 2,8°С (5°F) и более указывает на скрытое аварийное состояние шинопровода.  Для маслонаполненных устройств, в частности, трансформаторов, этот градиент температур может быть и больше.

В параграфе о влиянии внешней среды на проведение тепловизионных обследований мы уже говорили о негативном влиянии ветра. Здесь же дополним, что при скорости ветра больше 8 км/ч измерения лучше не проводить вообще из-за практически полного смазывания температурных неоднородностей. Аналогичная ситуация наблюдается и при открывании крышек электрооборудования, поэтому  хорошие методики тепловизионного обследования рекомендуют проводить измерения как можно быстрее после открывания крышек.

Помимо ветра, работа с тепловизором на открытом воздухе усложняется и по другим причинам. Даже просмотр изображения на дисплее тепловизора может оказаться непростой задачей из-за влияния солнечных бликов, мешающих рассмотреть мелкие детали изображения. Также, в ясную солнечную погоду тепловое изображение может быть искажено за счет нагрева солнечными лучами элементов энергосистемы. Особенно это касается элементов, окрашенных в темные цвета и сильно поглощающих солнечное излучение (например, керамические изоляторы).

Все термографисты стараются получить изображение с хорошими температурными данными, но не всегда правильно их интерпретируют. Не всегда аномальная температура на все 100% свидетельствует о серьезности проблемы. Связано это с тем, что на значение температуры оказывает влияние не только собственно проблема, но и наложение многих других факторов. К сожалению, не все термографисты это понимают и считают, что чем болеенагрет проблемный компонент, тем более серьезней неисправность, и наоборот, игнорируют слабо нагретый элемент, хотя на самом деле в нем кроется основная проблема. Рекомендуется быть очень внимательным при анализе тепловых изображений и вместо приоритета аномальной температуры уделить больше внимания взаимодействию всех факторов, влияющих на проблемный элемент. Для этого можно дополнительно воспользоваться другими диагностическими приборами, или более формально, провести анализ проблемы с помощью инженерных инструментов анализа.

Правильно проведенные тепловизионные исследования с помощью тепловизоров серии RY-100 и их правильная интерпретация на базе материалов учебного курса «Тепловизионный метод неразрушающего контроля» позволяют успешным компаниям полностью исключить аварийные остановы производства из-за неисправностей электрооборудования.

Термографическое обследование электромеханического и механического оборудования

Термографическое обследование применяется для диагностики и контроля широкого круга электромеханического и механического оборудования. Так, тепловизоры доказали свою эффективность при обследовании  электродвигателей, роторного оборудования,  конденсационных горшков и др.

Термографическое обследование позволяет качественно судить о состоянии исследуемого оборудования сравнением текущего теплового изображения с тепловым изображением полностью исправного оборудования. При сравнении изображений регистрируются любые температурные изменения и по их  наличию определяют места существующих неисправностей. Естественно, что для правильной интерпретации обнаруженных изменений необходимо хорошо знать устройство и принципы работы оборудования и законы теплопередачи.

 

Тепловизоры показали свою высокую эффективность при обследовании двигателей, в которых, независимо от типа и модели двигателя, неисправности проявляют себя изменением теплового режима. Например, несоосность или дисбаланс ротора проявляются перегревом подшипниковых узлов.

Тепловизионное обследование двигателя проводят при его полном прогреве и переходе в рабочий режим. Связано это с тем, что изменения внутренних температур двигателя проявляются на его корпусе с некоторым запозданием по времени.

Тепловизионное обследование двигателя позволяет выявить его засорение пылью или грязью, проблемы с подшипниками и сцеплениями и др.

Для более точной диагностики текущего состояния двигателя рекомендуется вместе с тепловизионным обследованием проводить вибрационный анализ или анализ двигательной цепи.

Особая ценность тепловидения проявляется при обследовании конвейеров или другого мало-скоростного оборудования, где другие методы показывают свою неэффективность или ненадежность. Тепловизоры MVR RY-147 также пригодны для обследования турбин, коробок передач и теплообменников, однако в данном случае требуются предварительные затраты на создание банка опорных данных.

Применение в технологических процессах

Тепловизионные обследования обычно применяются в технологических процессах, связанных с высокими температурами, в частности, для контроля работы огнеупорного оборудования. При этих обследованиях проверяется состояние изоляции и контролируется температура поверхности.

Первоначально, с целью получения опорных температурных точек,  проводится обследование на исправном оборудовании, работающем в штатном режиме и при нормальных условиях. Последующие регулярные обследования направлены на выявление трендов, когда полученные изображения сравниваются с опорным изображением. Трендовые изображения несут в себе диагностическую и предупреждающую информацию и позволяют судить о состоянии рабочего оборудования. Частота проведения трендовых обследований планируется на основании частоты отказов оборудования.

Тепловизионные обследования технологических процессов позволяют существенно сократить количество незапланированных простоев и дорогостоящих отказов огнеупорного оборудования. На тепловизорах хорошо проявляются все температурные неоднородности поверхности всех видов теплоизоляции. Поэтому тепловизоры востребованы для обследований теплоизоляции паропроводов, электропроводов, производственных линий и систем трубопроводов. К сожалению, тепловизоры малоэффективны для теплоизоляций, защищенных оболочкой из неокрашенного метала, которая слабо излучает и сильно отражает.

Пожалуй, наиболее часто тепловидение применяется для определения уровня сыпучих материалов, жидкостей или газов в резервуарах, бункерах или сосудах. Так как все вышеназванные емкости, как правило, снабжаются  собственными датчиками уровня, то в данном случае тепловидение выступает в качестве инструмента независимой проверки.

Тепловизионное определение уровня возможно за счет различия в теплоемкости исследуемых веществ от теплоемкости окружающего воздуха, и как следствие этого – различие в температурах воздуха и исследуемого вещества. Например, очень просто определить уровень жидкости или сыпучих тел в солнечную погоду, когда воздух в емкости прогревается в считанные минуты. И даже при отсутствии солнца, например, когда емкость находится в помещении, можно также достаточно точно определить уровень. В случае, когда емкость покрыта теплоизоляцией, прибегают к дополнительным мерам для более четкого проявления уровня. Это может быть и подача тепла, или наоборот, охлаждение емкости водой из шланга. В некоторых случаях может быть удобнее воспользоваться нанесением на емкость вертикальной полосы краски или ленты с хорошим коэффициентом излучения.

Термографическая диагностика зданий

Тепловизоры серии MVR RY уже давно применяются для тепловой диагностики зданий различного назначения. С помощью тепловидения находят течи в кровлях, диагностируют состояние теплоизоляции, находят мостики холода и другие источники потерь тепла, а также источники повышенной влажности.

Как и для других областей применения тепловизоров, обследование зданий требует от термографиста знаний теоретических основ теплообмена, современных принципов строительства и тепловых особенностей применяемых материалов.

  • Обнаружение влаги в кровлях

Конструктивные особенности кровель с небольшим уклоном, недостатки их монтажа, а также достаточно жесткие погодные условия эксплуатации приводят с течением времени (год или два) к появлению течей в  кровлях.

Современные кровли представляют собой «слоеный пирог», состоящий из несущего деревянного или металлического каркаса, слоя жесткого теплоизоляционного материала, и наружного кровельного покрытия.

Повреждения кровли, обнаруженные при простом визуальном осмотре, уже представляют собой достаточно большую неприятность, но скрытые повреждения, вызванные долгосрочным воздействием влаги, гораздо более неприятны и подразумевают существенные материальные затраты на их устранение.

Поиск течей в кровле с помощью тепловизора базируется на различии в теплоемкости сухой и влажной теплоизоляции. Влажная теплоизоляция имеет большую теплоемкость и проявляет себя контрастным пятном на экране дисплея.

Тепловизионные измерения на крыше рекомендуется проводить в теплое время года в вечернее или ночное время, соблюдая все правила техники безопасности. Именно вечером соблюдаются наиболее благоприятные условия для термографии  – после захода солнца кровельный материал быстро и равномерно остывает и не вносит помех в тепловое изображение, а влажная теплоизоляция, за счет большей теплоемкости, долго остается более теплой по сравнению с сухой изоляцией.

Обследование кровли тепловизором проводится с большой скоростью, что позволяет продиагностировать большие площади за сравнительно короткое время. Наряду с этим преимуществом, тепловизионное обследование кровли является дистанционным и существенно выигрывает по сравнению с другими традиционными методами, требующими разбора кровли.

Четкость теплового следа влажной теплоизоляции и время его выявления определяются видом теплоизоляционного материала. Так, адсорбирующие влагу теплоизоляционные материалы (стекловата, базальтовая вата, целлюлоза) оставляют хорошо выраженные тепловые следы. А вот в случае с пеноблоками, слабо поглощающими влагу, ситуация немного сложнее. Также тепловизионную картину обследования может усложнить слой щебня, рассыпаемого в качестве балласта на кровле и дающий слабые тепловые следы.

На контрастность тепловых следов от влажной теплоизоляции оказывают влияние и внешние условия. Во-первых, поверхность кровли должна быть сухой, так как испарение влаги уменьшает солнечный нагрев; во-вторых, сильная облачность во время проведения работ уменьшит охлаждение кровельного покрытия; в-третьих, сильный ветер может вообще смазать тепловые сигнатуры.

На результаты измерений также может повлиять геометрия крыши, ее текущее физическое состояние и окружающие здания. Так на западную часть кровли может долго отражаться тепло от стены более высокого рядом стоящего здания; вновь отремонтированные участки кровли могут иметь иные тепловые характеристики и отличаться от «старых» участков и т.д. Учет влияния всех вышеназванных факторов на тепловые сигнатуры важен для успешного выявления дефектных участков кровли.

В идеальном варианте необходимо проводить тепловизионное обследование кровли непосредственно после ее монтажа, и получить отправное опорное изображение. Следующее обследование необходимо провести после первой штормовой ситуации, способной вызвать механическое повреждение кровли.

При обследовании кровель необходимо соблюдать все меры предосторожности и неукоснительно выполнять требования техники безопасности. Прежде всего, запрещается выходить на крышу в одиночку. Также необходимо учитывать возможность ослепления от яркого света дисплея. Настоятельно рекомендуется перед проведением вечерних или ночных работ провести дневную «рекогносцировку» крыши с целью ознакомления с ее конструктивными особенностями и определения потенциально опасных участков.

  • Обследование теплоизоляции зданий

Тепловизоры идеально подходят для определения текущего состояния теплоизоляции зданий, и по этой причине их широко используют энергоаудиторы, строительные подрядчики, строительные инспекторы и просто владельцы частных домов и коттеджей.

Теплоизоляция здания призвана минимизировать теплообмен с окружающей средой и является незаменимым средством снижения энергозатрат на обогрев и кондиционирование здания, а также создает комфортные условия для работы и проживания.

С помощью тепловизоров MVR RY обнаруживаются:

– дефекты в теплоизоляции кровли, стен, дверных и оконных проемов;

– источники повышенной влажности и места конденсации влаги;

– причины замерзания трубопроводов, обледенения крыш и т.д.

Также с помощью тепловизоров можно проверить циркуляцию воздуха в системе кондиционирования здания и обнаружить огрехи в монтаже звукоизоляции.

Для выявления проблем с теплоизоляцией здания и получения достаточно выраженных тепловых сигнатур рекомендуется проводить тепловизионные работы, когда разность температур внутри и снаружи здания составляет не менее 8-10°С (16-18°F).

При измерениях в холодное время года отсутствие теплоизоляции отражается холодным участком на изображении внутри помещения и теплым пятном – на наружном изображении снаружи. В теплое время года характер сигнатур изменяется наоборот. Перед проведением работ полезно знать материал теплоизоляции, так как каждый вид теплоизоляции характеризуется собственной постоянной времени и сигнатурой.

Полная тепловизионная картина состояния теплоизоляции здания создается при проведении работ как внутри, так и снаружи здания. И здесь необходимо помнить о влиянии внешних условий на качество тепловизионных измерений. Так, сильный ветер и прямое солнечное излучение могут существенно затруднить или даже сделать полностью невозможными измерения снаружи. Эти же явления могут проявить себя самым неожиданным образом и при внутренних измерениях. По этой причине, в теплое время года, рекомендуется проводить тепловизионные работы только вечером и в безветренную погоду.

  • Обнаружение течей воздуха

Интенсивные воздушные течи, направленные внутрь и наружу, являются причиной почти 50% расходов, связанных с отоплением и кондиционированием здания. Причиной возникновения воздушных течей является разность давлений, создаваемая ветром на улице, конвективными потоками, существующими в любом здании, а также дисбалансом давлений, создаваемым системой ОВКВ.

Разность давлений проталкивает воздух через множество внешне малозаметных щелей и отверстий, всегда имеющихся в тепловой ограждающей конструкции. Для обнаружения воздушных течей обычно достаточно небольшой (порядка 3°C ) разницы температур внутри и снаружи здания.

Воздушные течи сами по себе не регистрируются тепловизором, но проявляют себя в характерных тепловых пятнах на различных поверхностях здания. В холодное время года тепловые сигнатуры течей обычно представляются в виде холодных продольных пятен на внутренних поверхностях, а при наружных измерениях – в виде теплых пятен в местах выхода воздуха. Для получения более четкой картины течей и даже их количественной оценки прибегают к искусственному нагнетанию разности давлений. Делается это с помощью системы ОВКВ, мощного вентилятора или аэродвери.

  • Обнаружение влаги

Обнаружение течей воздуха, обнаружение влаги, влажностиВлага является едва ли не главным злом для зданий и сооружений. Попадая в здание через негерметичные стыки и швы, влага медленно, но верно разрушает строительные материалы, приводит к отслоению стеновых покрытий и возникновению плесени. Другим источником появления влаги в помещении может быть конденсация теплых воздушных паров на более холодных поверхностях (или полостях) здания. И наконец, влага может появиться в здании за счет течей из водопровода и систем пожаротушения, за счет подъема подземных вод, наводнения и т.д.

Наличие влаги проявляется на тепловом изображении достаточно четким теплым пятном. Изображение становится более контрастным, когда существуют условия испарения влаги с окружающей поверхности. В этом случае температура поверхности становится еще более холодной, четче проявляя теплое водяное пятно.

Влажные строительные материалы имеют большую теплоемкость по сравнению с сухими, но их тепловое изображение не столь контрастно и требует подтверждения путем дополнительного исследования подозрительных областей.

  • Обследование коммерческих зданий

Тепловизионное обследование жилых зданий не представляется особо сложным, чего не скажешь об обследовании больших коммерческих зданий. Несмотря на это, тщательное обследование коммерческих зданий оправдывает затраты на их проведение получением ценной информации о выявленных дефектах.

Для правильной интерпретации полученных результатов термографисту важно знать особенности конструкции здания, тепловые характеристики использованных материалов и т.д.

Основными проблемами коммерческих зданий, также как и жилых, являются течи влаги и ее конденсация, течи воздуха, недостатки в монтаже теплоизляции ограждающих конструкций. Все эти проблемы успешно обнаруживаются с помощью тепловизора RY-127.  По возможности, тепловизионное обследование необходимо производить после сдачи «под ключ» каждого этажа – это позволит выявить и устранить все проблемы еще на этапе строительства здания в целом.