Ostatnie lata to bardzo szybki rozwój termografii, również w szeroko rozumianej diagnostyce przemysłowej. Stąd też kamery termowizyjne stanowią już podstawowe wyposażenie niemal każdego warsztatu utrzymania ruchu. Nie tylko elektrykę, ale również mechanikę, chłodnictwo czy systemy parowe poddaje się diagnostyce przy użyciu termografii.
Istotne jest, że kamer termowizyjnych używa się zarówno przy wykrywaniu usterek, jak i w zapobiegawczym utrzymaniu ruchu, na przykład podczas okresowych przeglądów stanu urządzeń i maszyn. Stąd też najczęstsze zastosowanie termowizji obejmuje diagnostykę automatyki i elektroniki, armatury, instalacji przemysłowych, a także systemów wodnych, grzewczych i kanalizacyjnych, a nawet instalacji bazujących na odnawialnych źródłach energii.
Termowizja w elektroenergetyce
Co dokładnie można diagnozować w elektroenergetyce za pomocą kamer termowizyjnych? Na termogramie poszczególnym barwom przyporządkowana jest temperatura odpowiadająca skali. W praktyce w kolorach jasnych oznacza się powierzchnie o wyższej temperaturze, zaś barwami ciemniejszymi przedstawia się niższe temperatury. Obróbka danych odbywa się przy użyciu specjalistycznego oprogramowania komputerowego. W zależności od temperatury badanego obiektu podejmowane się późniejsze działania. W ramach nich rozróżnia się tzw. zalecenia miękkie oraz zalecenia ostre. Zalecenia miękkie występują w przypadku, gdy przyrost temperatury badanego obiektu wynosi:
- ponad 50°K – konieczne jest natychmiastowe podjęcie działań,
- 30°K do 50°K – niezbędna jest naprawa tak szybko, jak to tylko możliwe,
- 10°K do 29°K – należy podjąć działania w pierwszym możliwym terminie,
- mniej niż 10°K – należy monitorować obiekt.
Trzeba zwrócić uwagę, że zalecenia miękkie determinowane są przez wiele czynników. Przede wszystkim chodzi o możliwość wystąpienia większych obciążeń prądowych oraz skutków ewentualnej awarii. W badaniach termowizyjnych często uwzględnia się nadwyżkę temperatury, która określana jest jako różnica pomiędzy temperaturą wadliwego obiektu a temperaturą takich samych elementów, które pracują w dwóch pozostałych fazach. Badania powinny być przeprowadzane przy pełnym obciążeniu prądowym. Zalecenia ostre występują wtedy, gdy przyrost temperatury badanego obiektu wynosi:
- ponad 30°K – należy podjąć działania natychmiastowo,
- do 30°K – należy podjąć działania jak najszybciej,
- do 5°K – należy monitorować obiekt.
Kamery termowizyjne są dobrym narzędziem przy diagnostyce rozdzielnic elektrycznych. W tym obszarze spektrum zastosowań kamer jest bardzo szerokie. Obejmuje bowiem szyny zbiorcze, odłączniki, a także wyłączniki mocy oraz przekładniki i transformatory. Podczas pomiarów, w pierwszej kolejności przeprowadzane jest badanie mające charakter bardziej ogólny, po którym odbywa się szczegółowa analiza. Na termografie zostają zaznaczone miejsca o podwyższonej temperaturze. Przyczyn nieprawidłowości jest wiele. Mogą to być chociażby niewłaściwie obrobione końcówki przewodów czy wadliwe podłączenia do zacisków.
Za pomocą termowizji sprawdzić możemy również transformatory. Kontrolowana jest wtedy zewnętrzna powierzchnia kadzi z olejem, a także osprzęt, izolatory przepustowe oraz elementy przyłączeniowe. Jedną z kluczowych kwestii stanowi kontrola termowizyjna pokrywy transformatora. Termowizja bardzo dobrze sprawdza się przy wykrywaniu asymetrii zasilania lub przeciążeń w instalacjach. Termogramy są niezastąpione przy diagnozowaniu silników elektrycznych.
Kamer termowizyjnych używa się do sprawdzania poprawności działania złączy elektrycznych, które nie powinny wykazywać podwyższonej temperatury względem łączonych elementów. Pamiętać jednak należy, że w czasie długiej eksploatacji instalacji z prądem o dużym natężeniu, zmęczeniem materiału czy korozją styków, ulega pogorszeniu stan złączy. Stąd też pole do popisu dla termowizji, dzięki której można stwierdzić wzrost temperatury złącza prądowego w stosunku do innych podzespołów pracujących w sieci.
Diagnostyka pasów i łożysk
Jak wiadomo, podczas pracy układu przeniesienia napędu dochodzi do wzrostu temperatury poszczególnych jego elementów. Są to między innymi sprzęgła, tuleje, przeguby, łańcuchy, koła łańcuchowe oraz pasy i koła pasowe.
Ciepło powstaje w wyniku tarcia podczas przesuwania się pasa po kole oraz wewnętrznego tarcia, które spowodowane jest ciągłym naprężaniem pasa. W czasie normalnej pracy powietrze chłodzi pas, a co za tym idzie – rozkład temperatury jest równomierny. Jednak w przypadku zakłóceń zauważalne będą fragmenty o podwyższonej temperaturze. Stąd też może dojść do nagrzewania się pasa w momencie jego ześlizgu z koła. Przyczyn tego zjawiska jest wiele, na przykład złe dopasowanie poszczególnych elementów przekładni.
Za pomocą termografii diagnozować można także łożyska, które są niewłaściwie ustawione. Przy użyciu kamery termowizyjnej wykrywane jest złe smarowanie łożyska, a co za tym idzie podwyższona jego temperatura.
Układy chłodnicze i cieplne
Kamery termowizyjne znajdują zastosowanie w procesach związanych z diagnostyką instalacji chłodniczych i ciepłowniczych. Spektrum zastosowania może objąć na przykład detekcję wycieków, czy też określanie temperatury wymienników ciepła. Termografia bardzo dobrze sprawdza się także przy wykrywaniu strat cieplnych poprzez tzw. mostki termiczne oraz określaniu poprawności wykonania prac izolacyjnych. Kamery termowizyjne zdają także egzamin podczas analizowania obiegów chłodniczych, a w razie potrzeby określenia rozkładów temperatury w wymienniku ciepła. Istotna rola podczerwieni obejmuje definiowanie obszarów dochłodzenia cieczy, przemiany fazowej czy przegrzania pary.
Termografia ważna jest podczas diagnozowania wymienników ciepła, sprężarek oraz zaworów rozprężnych. Tym sposobem zyskuje się możliwość wczesnego wykrycia defektów o charakterze termicznym, które związane są z powierzchniami martwymi w wymienniku ciepła, czego przyczyną mogą być na przykład niedrożne rurki z kolektora rozprowadzającego. Za pomocą termowizji wykrywane są również uszkodzenia systemu sprężarkowego. Istotne zastosowanie kamery obejmuje analizę strat ciepła w komorach chłodniczych.
Systemy parowe, kotły i piece
Dla bezpieczeństwa wielu procesów technologicznych istotną rolę odgrywa poprawność działania instalacji odpowiedzialnej za przesył pary wodnej. Jak wiadomo para, ochładzając się, ulega kondensacji. Skropliny mogą być przyczyną zakłóceń w prawidłowej pracy przewodów parowych i urządzeń odbierających parę. Za pomocą kamery termowizyjnej można diagnozować oddzielacze skroplin, które muszą się otwierać i tym samym odprowadzać nagromadzone skropliny. Po zamknięciu oddzielacza para powinna przepływać. Awarie często spowodowane są zabrudzeniami, przez co niemożliwe jest zamknięcie zaworu.
Kamery termowizyjne stanowią nieodzowne narzędzie diagnostyczne w procesie produkcji ciepła i obróbki termicznej. Stąd też używa się ich między innymi przy inspekcjach kotłów grzewczych i pieców hutniczych. W urządzeniach tego typu, ze względu na wysoką temperaturę, nie jest możliwe zastosowanie innego rodzaju diagnostyki. Kluczową rolę odgrywają specjalne oszklone otwory przewidziane w obudowie pieca. Tym sposobem odbywa się inspekcja wnętrza urządzenia. Jednak pamiętać należy, że wyniki pomiarów nie zawsze są jednoznaczne, bowiem płomienie, gazy, czy też popioły mogą zakłócić widok niektórych elementów. Wykorzystuje się tu zaawansowane funkcje kamery, dzięki którym możliwe jest filtrowanie promieniowania emitowanego przez płomień. W praktyce kamery termowizyjne używane są do kontroli pracy wymienników ciepła, których uszkodzenia bardzo często wynikają z nagromadzenia się osadów zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz rur. Skutkiem może być więc przegrzanie wymiennika, pęknięcia jego obudowy, a co za tym idzie skrócenie trwałości urządzenia.
Kamery termowizyjne często używane są także przy określaniu temperatury obudowy skrzyni paleniskowej. Ważne jest bowiem wczesne wykrycie pęknięć osłon paleniska. W takim przypadku na termogramie widoczny będzie wzrost temperatury zewnętrznej metalowej osłony.
Termowizję stosuje się również przy pracach regulacyjnych pieców walcowniczych. W tym celu analizie termowizyjnej poddawane są bloki stalowe przed walcowaniem, które ocenianie są pod kątem właściwego rozkładu temperatury. Optymalny wynik stanowi równomierny rozkład temperatury bloku. Jeżeli natomiast na termogramie widoczne są obszary o niższej temperaturze, konieczna jest zmiana parametrów pracy pieca.
Gdzie jeszcze
Termografia jest dziedziną, która bardzo szybko się rozwija, a co za tym idzie, stale poszerza się spektrum zastosowania kamer termowizyjnych. Niejednokrotnie w praktyce powstają kolejne możliwości użycia termografii. Dobry przykład w tym zakresie stanowi stosowanie podczerwieni w procesie diagnostyki instalacji kolektorów słonecznych i ogniw fotowoltaicznych. Dzięki kamerom możliwe jest szybkie określenie, czasami nawet z setek widocznych ogniw, które z nich nie działają w sposób prawidłowy. Do pamięci kamery można wprowadzić odpowiedni termogram, łącznie z wartościami natężenia promieniowania słonecznego. Należy przy tym pamiętać, aby odróżnić parametr natężenia promieniowania słonecznego od natężenia światła, które ma inne widmo. Chcąc kontrolować pracę ogniw fotowoltaicznych, kamera powinna cechować się wysoką rozdzielczością, osiągającą 320×240. Istotną rolę odgrywa format obrazu dostosowany do naturalnego pola widzenia. Pamiętać należy, że przy diagnostyce ogniw fotowoltaicznych wysoka czułość termiczna jest ważniejsza od bezwzględnej dokładności. Kamera powinna cechować się również opcją pomiaru wysokich temperatur z zakresem powyżej 1000ºC. Konieczna jest również funkcja pozwalająca na łączenie informacji z obrazów IR w świetle widzialnym. Przyda się również, przy pracach tego typu, kamera odporna na wstrząsy i uderzenia.
Termowizji, jako narzędzia diagnostycznego, używa się także podczas badania upływu powietrza w systemach wentylacyjnych. Stąd też podczas audytów energetycznych obiektów budowlanych przeprowadzane są badania przepuszczalności. Dmuchawy tworzą bowiem dodatnie lub ujemne ciśnienia wewnątrz skorupy budynku, przez co ewentualne upływności są widoczne na obrazach termicznych.
Badania przy użyciu kamer są nieodzownym elementem oceny stanu konstrukcji obiektów budowlanych. Analiza rozkładu temperatury powierzchniowej pozwala na określenie stanu poszczególnych elementów konstrukcyjnych, instalacji wodnej i grzewczej oraz elektrycznej.
Zaawansowane funkcje dostępnych na rynku kamer nie zwalniają z konieczności zachowania pewnych środków bezpieczeństwa podczas prowadzania prac serwisowych. Wręcz przeciwnie, bowiem są miejsca, gdzie należy zachować szczególną ostrożność. Przede wszystkim chodzi o trudno dostępne miejsca oraz obiekty o podwyższonej temperaturze. Nie bez znaczenia pozostają także środki bezpieczeństwa podczas używania kamer do diagnostyki urządzeń elektroenergetycznych (komory transformatorów, rozdzielnice prądowe). Należy zwrócić szczególną uwagę na możliwość wystąpienia łuku elektrycznego.
Kluczową rolę odgrywają środki ostrożności przy wspomnianych już okienkach inspekcyjnych. W tym przypadku w grę wchodzą również środki ochrony indywidualnej, zabezpieczające przed skutkami działania wysokich temperatur. Chodzi przede wszystkim o niepalny kombinezon, buty ochronne, rękawice oraz przyłbicę lub okulary.
Autor: Damian Żabicki
