Погрешности при инфракрасном контроле и способы их устранения

Аннотация

     В выпускной квалификационной работе рассмотрены погрешности при инфракрасном контроле и способы их устранения, конструктивные особенности электрооборудования, связанные с протеканием тепловых процессов при его работе, приведены нормы оценки теплового состояния токоведущих частей, термограммы характерных неисправностей электрооборудования, указаны основные принципы выбора приборов инфракрасной техники, усовершенствованы методы контроля электрооборудования с помощью тепловизора и др. 
     Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы. Выпускная квалификационная работа изложена на 141 страницах, иллюстрирована 70 рисунками, содержит 12 таблиц. Список литературы включает 18 работ.
     Ключевые слова: тепловизор; термография; термограмма; коэффициент излучения; инфракрасный контроль; контактное соединение.

Annotation

     In the final qualifying work, errors in the infrared control and ways to eliminate them, design features of electrical equipment associated with the flow of thermal processes in its work, the norms of evaluation of the thermal condition of current-carrying parts, thermograms of typical faults of electrical equipment, the basic principles of selection of devices of infrared equipment, improved methods of control of electrical equipment using a thermal imager, etc. 
     Final qualifying work consists of an introduction, three chapters, conclusion, list of references. The final qualifying work is presented on 141 pages, illustrated with 70 figures, contains 12 table. The list of references includes 18 works.
     Keywords: infrared camera; thermography; thermogram; emissivity; infrared control; contact connection.
     




Содержание
Введение	7
Глава 1 Основные положения в диагностике электрооборудования станций и подстанций с помощью средств инфракрасной техники и постановка задач выпускной квалификационной работы	10
1.1	Диагностика электрооборудования. Методы и особенности	10
1.2 Принцип работы и устройство тепловизора. Современные тепловизоры. Точность измерения температуры с помощью тепловизора	12
1.3 Принцип организации системы инфракрасной диагностики	18
1.4 Погрешности при измерении температуры с помощью тепловизора	20
1.5 Преимущества тепловизионных съемок	29
Выводы по результатам проведенного анализа и постановка задачи выпускной квалификационной работы	30
Глава 2 Методика инфракрасной диагностики основных видов электрооборудования	32
2.1 Методика инфракрасной диагностики генераторов	32
2.2 Методика инфракрасной диагностики силовых трансформаторов	39
2.3 Методика инфракрасной диагностики масляных и воздушных выключателей	56
2.4 Методика инфракрасной диагностики разъединителей и отделителей	87
Выводы по главе 2	91
Глава 3. Методика инфракрасной диагностики отдельных видов электрооборудования	92
3.1 Методика инфракрасной диагностики маслонаполненных трансформаторов тока	92
3.2 Методика инфракрасной диагностики маслонаполненных вводов 110 кВ и выше	102
3.3 Методика инфракрасной диагностики конденсаторов связи и делительных конденсаторов	108
3.4 Методика инфракрасной диагностики элементов батарей статических конденсаторов (БСК)	110
3.5 Методика инфракрасной диагностики ограничителей перенапряжения	111
3.6 Методика инфракрасной диагностики силовых кабельных линий	115
3.7 Методика инфракрасной диагностики высокочастотных заградителей	116
3.8 Методика инфракрасной диагностики контактных соединений РУ и ВЛ	117
3.9 Методика инфракрасной диагностики подвесных фарфоровых изоляторов	127
3.10 Методика инфракрасной диагностики воздушных линий электропередачи	129
Выводы по главе 3	136
Заключение	137
Список литературы	138



Введение
     
     Одним из важнейших способов обеспечения безопасности, надежности и экономичности организаций является, несомненно, своевременное нахождение отклонений технического состояния электрооборудования от норм эксплуатации, которое в значительной степени уменьшает затраты на его ремонт и предотвращает вероятный ущерб от потенциальных отказов, достигающий в отдельных случаях более сотни тысяч рублей. 
     За последнее время значительно изменился подход к оценке состояния электрооборудования и методам его диагностики. Наряду с традиционными методами диагностики нашли применение новейшие высокоэффективные способы проверки, которые выявляют дефект электрооборудования на ранней стадии их развития. Значительно увеличилась область контроля маслонаполненного оборудования под рабочим напряжением, разработаны методы и браковочные нормативы при оценке состояния оборудования по составу газов, растворенных в масле, осуществляется углубленный анализ трансформаторного масла, что позволяет судить о состоянии бумажной изоляции обмоток силовых трансформаторов. 
     В настоящее время на многих предприятиях энергетического комплекса широкое распространение получило пирометрическое и термографическое обследование электроустановок, созданы и нарастающими темпами создаются методики и лаборатории инфракрасного (ИК) контроля. 
     Необходимость проведения тепловизионной диагностики обусловлена возрастающими требованиями к надёжности эксплуатации электроустановок и их безопасного обслуживания. В условиях недостаточности средств на проведение технического обслуживания и капитального ремонта тепловизионная диагностика позволяет обнаруживать дефекты контактных соединений, участки перегрузки кабелей, произвести оценку теплового состояния трансформаторов различного назначения, электродвигателей, разрядников и других электроустановок потребителей в процессе их эксплуатации без снятия напряжения. Такая диагностика информативна, экономична и удобна. В реконструируемых и вновь сооружаемых электроустановках применение тепловизионной диагностики позволяет выявить дефекты конструктивного и технологического характера. 
     Сущность метода инфракрасной диагностики заключается в регистрации инфракрасных (тепловых) волн, излучаемых любыми телами, температура которых отлична от абсолютного нуля, с помощью специальной аппаратуры и преобразовании невидимого теплового излучения тел в видимое их изображение, на котором видно распределение температур на поверхности этих тел. Инфракрасные приборы позволяют фиксировать температуру только тонкого (толщиной от 1 до 3 микрон) слоя поверхности объектов. Однако распределение температур на поверхности исследуемого объекта несет информацию не только об общем его тепловом состоянии, но и о структуре и качестве обработки поверхности, о наличии теплопроводных неоднородностей (трещин, ребер жесткости, уплотнений, материалов, инородных включений, скопления влаги, разрушений материалов, напряженных состояний), о наличии внутренних скрытых источников тепла и т.д. 
     Цель выпускной квалификационной работы. Совершенствование методов инфракрасного контроля электрооборудования станций и подстанций.
     Объект исследования. Инфракрасная диагностика электрооборудования станций и подстанций.
     Предмет исследования. Методы диагностики электрооборудования станций и подстанций с помощью тепловизора.
     Основные задачи выпускной квалификационной работы:
     1. Описание методов диагностики электрооборудования станций и подстанций с помощью средств инфракрасной техники, их преимуществ и недостатков.
     2. Исследование погрешностей тепловизора при диагностике электрооборудования станций и подстанций.
     3. Создание и совершенствование методов диагностики электрооборудования станций и подстанций с помощью тепловизора с исключением погрешностей при диагностировании.
     Методы исследования
     В ходе выполнения выпускной квалификационной работы использовались методы тепловизионного контроля, статические методы обработки экспериментальных данных.
     Научная новизна
     1. Усовершенствованы старые и разработаны новые методы диагностирования электроэнергетического оборудования. 
     Практическая значимость
     1. Сформирован единый документ (справочник) содержащий актуальные сведения по современным средствам и методам тепловизионного контроля электроэнергетического оборудования. 
     Публикации
     По теме выпускной квалификационной работы проводились доклады на Студенческой неделе наук УГАТУ 2017, 2018 гг. Подготовлен доклад для публикации в научных изданиях.
     Структура и объем выпускной квалификационной работы
     Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка используемой литературы. Работа изложена на 138 страницах, содержит 70 иллюстрации и 12 таблиц. Список литературы включает 18 наименований.

Глава 1 Основные положения в диагностике электрооборудования станций и подстанций с помощью средств инфракрасной техники и постановка задач выпускной квалификационной работы
    
 Диагностика электрооборудования. Методы и особенности
     
     Контроль состояния энергетического оборудования может осуществляться по многим параметрам: сопротивлению, акустическому и видимому излучению электрических разрядов, химическому составу масел, электромагнитному излучению и др. Одним из параметров, характеризующих состояние энергооборудования, является температура. Использование температуры как характеристики состояния энергооборудования обусловлено отклонением сопротивления участков оборудования от нормы и изменением на этих участках количества выделяемого тепла при прохождении по ним электрического тока, а также образование локальных зон выделения тепла под воздействием токов, наведенных электромагнитными полями. 
      В энергетике для контроля температуры используются в настоящее время визуальный контроль, тепловой контроль рукой, термокраски, термопленки, термоиндикаторы, термосвечи, контактные и бесконтактные термометры, термографы, тепловизоры и др.
     · При визуальном контроле температуры проводится оценка цвета объекта, изменение состояния поверхности при изменении нагрузки, испарения воды и таяния снега на поверхности объекта контроля. Он является очень приблизительным и мало информационным.
     · Тепловой контроль поверхностью руки позволяет более точно определить разницу температур и примерно оценить величину температуры, но опасен и очень груб.
     · Термокраски и заменившие их в последнее время термопленки изменяют свой цвет в зависимости от температуры. Они бывают двух видов – восстанавливающие первоначальный цвет при охлаждении и изменяющие необратимо цвет при достижении определенной температуры. Данный метод эффективен при контроле ограниченного участка или объекта. Он требует снятия напряжения при установке и замене пленки. Его сложно использовать при контроле всего оборудования. Метод имеет низкую точность и опасен для персонала.
     · Аналогичные недостатки имеют различные виды термоиндикаторов, простейший из которых представляет собой пружинную проволоку, припаянную легкоплавким припоем к объекту контроля (ОК). При достижении температуры плавления припоя пружина разжимается и поднимает флажок.
     · В настоящее время во многих энергосистемах используется метод контроля с использованием термосвечей, имеющих температуру плавления в диапазоне 60...70 °С.
     Свеча вставляется в изолирующую штангу и при соприкосновении свечи с объектом контроля определяется уровень температуры. При оплавлении места соприкосновения - температура объекта выше температуры плавления свечи, в противном случае - ниже.
     Метод требует непосредственного касания токопроводов и, следовательно, небезопасный для персонала. Позволяет примерно оценить только одно пороговое значение температуры, но из-за своей дешевизны имеет широкое распространение.
     · Измерение температуры контактными методами производится с помощью стеклянных (ртутных, спиртовых и др.) и цифровых термометров. Стеклянные термометры не позволяют контролировать температуру поверхности, а при использовании их для контроля температуры масла внутри емкостей затруднено считывание показаний с большого расстояния. Цифровыми термометрами возможно измерять температуру поверхности проводников в основном при снятом напряжении питания.
     · Бесконтактное измерение температуры с использованием инфракрасных (ИК) пирометров и тепловизоров имеет существенные преимущества перед перечисленными методами. ИК- диагностика - это неразрушающий метод контроля, поэтому не происходит изменения свойств объекта, как при работе с красками и пленками. Наибольшее распространение в энергетике получили ИК-методы контроля оборудования с использованием тепловизоров. Наглядность тепловизионных методов, возможность измерения истинных значений температур, достоверность полученных результатов, оперативность в работе позволяют компенсировать высокую стоимость аппаратуры и оплату высококвалифицированного персонала. 
     К преимуществам тепловизионных съемок также относятся:
     · высокая температурная разрешающая способность приборов;
     · дистанционность измерения при полном исключении механического контакта и нарушения поля температур измеряемого объекта;
     · возможность обнаружения внутренних дефектов по измерениям возмущений поля температур по поверхности конструкции;
     · высокая пространственная разрешающая способность приборов;
     · возможность обзора одним и тем же прибором малых (размером меньше сантиметра) и очень больших (размером до сотен метров) объектов;
     · большой диапазон температур, охватываемый одним и тем же прибором.
     
1.2 Принцип работы и устройство тепловизора. Современные тепловизоры. Точность измерения температуры с помощью тепловизора
     
     Принцип действия тепловизора основан на преобразовании инфракрасного теплового излучения в электрический сигнал. Инфракрасное излучение фокусируется с помощью оптики тепловизора на приемнике излучения, который выдает сигнал, обычно в виде изменения напряжения или электрического сопротивления. Полученный сигнал регистрируется электроникой тепловизионной системы. Сигнал, который дает тепловизор, превращается в электронное изображение (термограмму), которое отображается на экране дисплея. Термограмма – это изображение объекта, обработанное электроникой для отображения на дисплее таким образом, что различные градации цвета соответствуют распределению инфракрасного излучения по поверхности объекта. Таким образом, термографист может просто увидеть термограмму, которая соответствует тепловому излучению, приходящему с поверхности объекта. Принцип работы тепловизоров, разработанных в 60?е годы прошлого века, основывался на том, что тепловизионное изображение строилось посредством построчного сканирования одного ИК-датчика по поверхности объекта. В результате такие устройства были крайне непроизводительны и позволяли наблюдать за происходящими в объекте температурными изменениями с очень низкой скоростью и большой инерционностью.
     
     
      Рис. 1.1- Современный тепловизор
     
     Современные тепловизоры в своей работе используют матричные фотоприемники (матрицы ПЗС-датчиков) (рис. 1.3), дающие сразу полное изображение температурного поля объекта. Данный принцип построения изображений позволил создать портативные устройства, с высокой скоростью обработки информации, которые дают возможность вести контроль за изменением температур в режиме реального времени.
     Развитие технологии матриц в фокальной плоскости, использующих различные типы приемников излучения, далеко шагнуло, начиная с 2000 г. Длинноволновые тепловизоры – это тепловизоры, которые чувствительны к инфракрасному излучению в диапазоне длин волн от 8 до 15 мкм. Микрон (мкм) – это единица измерения длины, равная одной тысячной миллиметра (0,001 м). Средневолновые тепловизоры – это тепловизоры, чувствительные к инфракрасному излучению в диапазоне длин волн от 2,5 мкм до 6 мкм. В настоящее время существуют как длинноволновые, так и средневолновые полностью радиометрические тепловизионные системы, часто с функцией наложения изображений и температурной чувствительностью 0,05 °С (0,09°F) и менее.
     За прошедшее десятилетие стоимость таких систем снизилась больше чем в десять раз, а качество значительно повысилось. Кроме того, значительно возросло использование программного обеспечения для обработки изображений. Практически все современные инфракрасные системы используют программное обеспечение для облегчения анализа и подготовки отчетов. Отчеты можно быстро создать и отправить в электронном виде через интернет, либо сохранить в одном из широко используемых форматов, таких, как PDF, а так же записать на одном из цифровых устройств хранения данных различных типов.
     
     
      Рис. 1.2- Матричный приемник излучения (матрица в фокальной плоскости)
     
     
      Рис. 1.3- ПЗС (прибор с зарядовой связью) -матрица современного тепловизора
      
     Миниатюрные фотоприемники, устанавливаемые в фокальной плоскости объектива тепловизора, состоят из множества чувствительных элементов, расположенных по рядам и столбцам прямоугольной матрицы. Таким образом, в тепловизоре каждый пиксель — это измеренное значение температуры в данной точке. Например, тепловизор с размерами матрицы 320?240 пикселей отображает ИК-изображение, состоящее из 76800 значений температуры. Фактически размер матрицы датчиков определяет разрешающую способность тепловизора. По этой причине любой тепловизор обладает приборным ограничением чувствительности по температурным измерениям, а количество элементов матрицы определяет качество получаемого инфракрасного изображения. Тепловизионная техника служит для измерения температуры объектов бесконтактным способом, однако, при этом следует помнить, что тепловизор фиксирует не само температурное поле, а лишь тепловой поток в ИК-области, излучаемый поверхностью тела. Определение поля температур и построение термограмм производится программным обеспечением, «зашитым» в память тепловизора. Само же программное обеспечение прибора зачастую не учитывает многие физические эффекты, возникающие при излучении, поглощении и отражении теплового излучения, что неминуемо сказывается на результатах измерения температуры.
     В основе тепловизионного метода лежат физические законы теплового излучения, в частности закон Стефана-Больцмана:
     
     Ф_0=?T^4,                                                           (1)
     где Ф — суммарный тепловой поток с единицы поверхности тела, Вт / м2;
     ? — постоянная Стефана — Больцмана, ? = 5,67·10^(-8)Вт / (м^2·К^4); 
     T — абсолютная температура поверхности, изучаемого объекта, К.
     Формула (1) отвечает излучению абсолютно черного тела, под которым понимают физическую абстракцию. Считается, что абсолютно черное тело (АЧТ) полностью поглощает все падающее на него электромагнитное излучение, причем во всем диапазоне длин волн. Естественно в природе нет тел полностью соответствующих данному определению. Поэтому закон Стефана–Больцмана для реальных тел часто записывают следующим образом:
     Ф_0=?_T ?T^4,                                                        (2)
     где ?T — интегральный коэффициент излучения (черноты).
     Формула (2) применяется для, так называемых, «серых» тел, у которых коэффициент черноты считается постоянным во всем диапазоне длин волн. Однако более детальной характеристикой излучения тела является спектральный коэффициент черноты:
     ?_?=Ф_?/(Ф_0?  ),                                                             (3) 
     где Ф? и Ф0? - соответственно спектральные плотности потоков реального тела и АЧТ, т. е. потоки, отнесенные к элементарному диапазону длин волн.
     Спектральный коэффициент черноты оказывается гораздо более информативной характеристикой, чем интегральный коэффициент, поскольку излучение реальных тел отличается от излучения абсолютно черноготела, как по спектральному составу, так и по величине (рис. 1.4). При равных температурах реальные тела излучают тепловой энергии меньше, чем АЧТ. И при этом максимум спектральной плотности потока излучения у металлов оказывается смещенным в сторону коротковолновой части спектра, а у диэлектриков — в сторону длинноволновой части спектра относительно максимума спектральной плотности потока излучения АЧТ. Кроме того, реальные тела могут обладать селективностью, как в спектре излучения, так и поглощения. Наиболее заметен такой эффект для газов и чистых металлов.
     
     
      Рис. 1.4- Зависимость ?? от длины волны различных тел: 1 - АЧТ; 2 - металл; 3 - диэлектрик; 4- серое тело.
      
     Все современные тепловизоры, пирометры и ИК-термометры производят вычисление температуры по формуле (2), т. е. фактически изначально считается, что все тела — серые. Как легко заметить, коэффициент излучения ?Т является довольно значимым фактором в тепловых измерениях, и от того, правильно ли он задан в меню тепловизора перед началом работы, во многом зависят результаты контроля. Измерить ?Т непосредственно с приемлемой точностью по тем или иным причинам нередко оказывается невозможно. В связи с этим вводимое в тепловизор значение излучательной способности содержит ошибки, что приводит к погрешностям измерений, во много раз большим, чем основная погрешность используемого приемника.
     Сказанное может быть проиллюстрировано следующим примером. Предположим, что для измерения температуры 1000 °C объекта используется тепловизор, чья основная погрешность равна 1 % от измеренного результата. Пусть излучательная способность объекта равна ?Т = 0,63, а оператор ошибочно будет считать, что ее значение равно 0,6. Подобная, несущественная на первый взгляд, ошибка в значении вводимой величины излучательной способности приведет к тому, что в результате измерения температура получится не 1000 °C, а 1037 °С, т. е. погрешность измерения окажется практически вчетверо больше основной погрешности прибора.
     Таким образом, предварительное знание точного значения коэффициента ?Т исследуемого объекта является залогом получения удовлетворительных результатов при измерении температуры с помощью тепловизора. Проблема заключается в том, что коэффициент черноты сам является функцией большого числа параметров, учет которых на практике оказывается самостоятельной и трудно разрешимой задачей. К этим параметрам относятся: материал, структура поверхности, геометрия, угол визирования, длина волны, температура. 

     1.3 Принцип организации системы инфракрасной диагностики
     
     Принцип организации системы инфракрасной диагностики в общем виде представлен на рис.1.5 и включает в себя комплекс взаимосвязанных циклов, определяющих последовательность проведения операций и их информативность.
     
      Рис. 1.5- Система инфракрасной диагностики энергетического оборудования 
     Регламент проведения ИК-диагностики (1) включает в себя периодичность и объем измерений контролируемого объекта или совокупности объектов.
     Периодичность ИК-диагностики электрооборудования РУ и ВЛ определена лабораторией ИКТ с учетом опыта его эксплуатации, режима работы, внешних и других факторов и отражена в соответствующих рекомендациях. Операция по проведению ИК-диагностики (2) должна выполняться приборами ИКТ, обеспечивающими достаточную эффективность в определении дефекта на работающем оборудовании. Выявление дефекта (3) должно осуществляться по возможности на ранней стадии развития, для чего прибор ИКТ должен обладать достаточной чувствительностью даже при воздействии ряда неблагоприятных факторов, могущих наблюдаться в эксплуатации (влияние отрицательных температур, запыленности, электромагнитных полей и т.п.). При анализе результатов ИК-диагностики (4) должна осуществляться оценка выявленного дефекта и прогнозирование возможностей его развития и сроков восстановления.
     После устранения выявленного дефекта (5) необходимо провести повторное диагностирование (6) для суждения о качестве выполненного ремонта.
     Базу данных (8) для ответственных объектов (трансформаторы, выключатели, разрядники) желательно закладывать в компьютер, с тем чтобы она отражала не только результаты ИК-диагностики, но и всю информацию о данном объекте, включая тип, срок службы, условия эксплуатации, режимы работы, объемы и виды ремонтных работ, результаты профилактических испытаний и измерений и другие сведения, позволяющие на основании рассмотрения всего комплекса факторов, заложенных в память компьютера, судить о техническом состоянии объекта.
     Инфракрасный (ИК) контроль желательно проводить при отсутствии солнца (в облачную погоду или ночью), предпочтительно перед восходом солнца, при минимальном воздействии ветра в период максимальных токовых нагрузок, лучше весной - для уточнения объема ремонтных работ и (или) осенью - в целях оценки состояния электрооборудования перед зимним максимумом нагрузки. При проведении ИК контроля должны учитываться следующие факторы:
     - коэффициент излучения материала;
     - солнечная радиация;
     - скорость ветра;
     - расстояние до объекта;
     - значение токовой нагрузки;
     - тепловое отражение и т.п.
1.4 Погрешности при измерении температуры с помощью тепловизора
     
     При проведении инфракрасного обследования электрооборудования значительное значение имеет выявление и устранение систематических и случайных погрешностей, оказывающих влияние на результаты измерения. Систематические погрешности заключены в конструкции измерительного прибора, а также зависят от его выбора в соответствии с требованиями к совершенству измерения (разрешающей способности, поля зрения и т.п.).
     Ниже рассмотрены виды погрешностей, возникающие при ИК-контроле электрооборудования, и способы их устранения.
     
 Влияние излучательной способности
     
     Коэффициент излучения материала в общем виде зависит от длины волны, угла наблюдения поверхности контролируемого объекта и температуры. Для металлов в отличие от газообразных и жидких веществ спектральный коэффициент излучения изменяется весьма слабо (табл.1.1).
     
     Таблица 1.1- Коэффициенты излучения материалов
Вид материала
Состояние поверхности
Температура, °С
Коэффициент излучения, мкм
алюминий
анодированный
100
0,55

необработанная поверхность
20-50
0,06-0,07

окисленный
50-500
0,2-0,3

полированный
50-100
0,04-0,06
бронза
необработанная
50-100
0,55

полированная
50
0,1
железо
ржавое
20
0,61-0,85

необработанное
20
0,24

окисленное
100
0,74

оцинкованное
30
0,25

полированное
400-1000
0,14-0,38
латунь
окисленная
200-600
0,6

полированная
100
0,03
медь
полированная
20-100
0,02-0,05

с тонкой окисной пленкой
20
0,037

оксидированная
100-200
0,6-0,73

электролитическая, полированная
20-100
0,05

на токосъемниках, блестящая
20-100
0,3

на токосъемниках, матовая или оксидированная
20-100
0,5
свинец
блестящий
250
0,08

серый, окисленный
20
0,28
сталь
заржавленная
20
0,69

легированная
500
0,35

нержавеющая
20-700
0,16-0,45

оксидированная
200-600
0,8

оцинкованная
20
0,28

полированная
100
0,07
асбест
плиты шероховатые, серые
-
0,96

бумага
-
0,94

картон
20-700
0,74-0,88
асфальт
сыпучий
-
0,95

дорожное покрытие, укатанное
-
0,9
бетон
плиты гладкие
-
0,63

стены литые, необработанные
-
0,55
битум
кровельный, плоский
-
0,96

жидкий
-
1,0
бумага
белая
20
0,7-0,9

желтая
20
0,72

зеленая
20
0,85

красная
20
0,76

матовая
20
0,93

темно-синяя
20
0,84

черная
20
0,9
вода
гладкий лед
-10
0,95

дистиллированная
20
0,96

иней
-10
0,98

снег
-10
0,85
дерево
брус
20
0,8-0,9

доска
20
0,96
кожа
человеческая
32
0,98
каучук
твердый
20
0,95

мягкий
20
0,86
кирпич
красный
20
0,93

силикатный
20
0,66
краски масляные
матовая черная
100
0,98

разных цветов
100
0,92-0,94
стекло
-
20-100
0,91-0,94
графит
обработанный напильником
20
0,98
почва
влажная
20
0,95

сухая
20
0,9
фарфор
глазурованный
20
0,75-0,93

неглазурованный
20
0,9
цемент
-
-
0,54
     
    Коэффициент излучения помимо вышесказанного зависит также от угла наблюдения. Для металлов коэффициенты излучения постоянны в интервале углов наблюдения (0-40) градусов, для диэлектриков - в интервале углов (0-60) градусов.
     За пределами этих значений коэффициент излучения быстро уменьшается до нуля при направлении наблюдения по касательной.
     Так, при длине волны излучения 10 мкм при наблюдении по нормали вода близка к абсолютно черному телу, а при наблюдении по касательной становится зеркалом Е = 0. В электроустановках различие в углах наблюдения может возникнуть при проведении ИК-контроля под углом токоведущей шины (рис.1.6). На участках А и С наблюдение осуществляется по нормали к плоскости шины, на участке В будет превалировать отражательная способность материала, что будет искажать картину теплового изображения.
     
     
      Рис.1.6. Влияние излучательной способности
      
     Коэффициенты излучения металлов с ростом температуры обычно увеличиваются (см. табл. 1.1).
     Обычно коэффициент излучения зависит от состояния поверхности металла.
     Поскольку токоведущий узел электрического аппарата или установки может включать в себя несколько компонентов из разнородных металлов, поверхности которых окрашены, имеют окисные пленки или разную степень обработки поверхности, т.е. различные коэффициенты излучения, при инфракрасном контроле могут возникнуть предположения о перегревах на участках с повышенными коэффициентами излучения.
     В подобных случаях целесообразно провести пофазное сравнение результатов измерения, оценить состояние поверхности перегретого участка (точки) с помощью бинокля, выяснить объем ремонтных работ, проводившихся на данном токоведущем узле, и т.п. В том случае, если коэффициент излучения контролируемого объекта известен, его фактическая температура может быть определена по формуле 
    ,                                                       (4)
     где Трад - радиационная температура, измеренная ИК-прибором; 
     Е - коэффициент излучения контролируемой поверхности.
     В практике может возникнуть необходимость в определении коэффициента излучения контролируемого объекта или его узла.
     Для этого на участок контролируемой поверхности наносится покрытие из матовой черной краски или наклеивается кусок ленты для фотошаблонов, коэффициенты излучения которых близки к единице.
     После того как покрытие или лента приобретает температуру объекта, осуществляется измерение Тфакт.
     Измерив температуру Трад неокрашенного участка, по приведенной выше формуле можно определить его коэффициент излучения.
     
 Солнечное излучение

     Солнечная радиация нагревает контролируемый объект, а также при наличии участков (узлов) с хорошей отражательной способностью создает впечатление о наличии высоких температур в местах измерения.
     Эти явления особенно проявляются при использовании ИК-приборов со спектральным диапазоном 2-5 мкм.
     Для исключения влияния солнечной радиации рекомендуется осуществлять ИК-контроль в ночное время суток (предпочтительно после полуночи) или в облачную погоду. При острой необходимости измерение в электроустановках при солнечной погоде рекомендуется производить для каждого объекта поочередно из нескольких диаметрально противоположных точек.
     
 Ветер

     Если ИК-контроль осуществляется на открытом воздухе, необходимо принимать во внимание возможность охлаждения ветром контролируемого объекта (контактного соединения). Так, превышение температуры, измеренное при скорости ветра 5 м/с, будет примерно в два раза ниже, нежели измеренное при скорости ветра 1 м/с. В диапазоне скоростей 1-7 м/с справедлива формула
     ,                                                     (5)
     где ?Т1 - превышение температуры при скорости ветра V1;
     ?Т2 - то же при скорости ветра V2.
     Измерения при скорости ветра выше 8 м/с рекомендуется не проводить.
     При пересчетах полученных значений превышения температуры можно помимо формулы пользоваться коэффициентами коррекции (табл. 1.2).
     
     Таблица 1.2- Зависимость коэф. коррекции от скорости ветра
Скорость ветра, м/с
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Коэффициент коррекции
1,0
1,36
1,64
1,86
2,0
2,23
2,4
2,5
     
     Следует отметить, что зачастую сила ветра при ИК-диагностике бывает переменной, поэтому указанный пересчет может привести к дополнительным погрешностям.
     
 Нагрузка

     Температура токоведущего узла (контактного соединения) зависит от нагрузки и прямо пропорциональна квадрату тока, проходящего через контролируемый участок:
     ,                                                          (6)
     где ?T1 - превышение температуры при токе I1;
     ?T2 - то же при токе I2.
     При необходимости пересчет желательно проводить от более высокой нагрузки к более низкой и при близких значениях токов (отличия на 20-30%).
     
 Тепловая инерция

     При переменной токовой нагрузке приходится считаться с тепловой инерцией контролируемого объекта.
     Так, тепловая постоянная времени для контактных узлов аппаратов составляет порядка 20-30 мин, поэтому при определении тока нагрузки по амперметру контролируемого присоединения не следует учитывать кратковременные "броски" тока, связанные с коммутационными процессами или режимом работы потребителя. Тепловая постоянная для вентильных разрядников составляет порядка 6-8 ч, поэтому результаты измерения тепловизором только что поставленного под напряжение разрядника могут оказаться ошибочными.
     
     
 Дождь и снег

     Дождь, туман, мокрый снег в значительной степени охлаждают поверхность объекта, измеряемого с помощью ИК-прибора, и в определенной мере рассеивают инфракрасное излучение каплями воды; ИК-контроль допускается проводить при небольшом снегопаде с сухим снегом или легком моросящем дождике.
     
 Магнитные поля
     
     При работе с ИК-приборами вблизи шин генераторного напряжения, реакторов и вообще в электроустановках с большими рабочими токами приходится сталкиваться с проблемой защиты ИК-прибора от влияния магнитного поля.
     Последнее вызывает искажение картины теплового поля объекта на кинескопе тепловизора или нарушает работу радиационного пирометра. При наличии магнитных полей при проведении ИК-контроля рекомендуется:
     а) если токоведущие шины находятся над головой оператора с тепловизором или пирометром или вблизи него, постараться, перемещаясь около контролируемого объекта, выбрать местоположение с минимальным влиянием магнитного поля;
     б) использовать объектив с меньшим углом наблюдения (например, 7x7°), что позволит осуществлять контроль за объектом с удаленного расстояния;
     в) при контроле с помощью тепловизора с оптико-механическим сканированием можно сканер расположить вблизи объекта, ВКУ с кинескопом, используя длинный кабель от сканера, вынести за пределы зоны влияния магнитного поля.
     
 Тепловое отражение

     В ряде случаев, особенно при ИК-контроле токоведущих частей, расположенных в небольших замкнутых объемах (например, в КРУ или КРУН), приходится сталкиваться с возможностью получения ошибочных результатов из-за теплового отражения от нагревательных элементов, ламп освещения, соседних фаз и др. (рис. 1.7).
     
     
     
      Рис. 1.7- Влияние теплового отражения
     
     Последнее проявляется при контроле токоведущей части с малым коэффициентом излучения, обладающей хорошей отражател.......................