Міністерство освіти і науки України

Національний гірничий університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторної роботи ВНВ-2

"Придбання практичних навиків вимірювання температури пірометром випромінювання"

з дисципліни "Вимірювання неелектричних величин"

для студентів спеціальностей 8.090603 "Електротехнічні системи електроспоживання", 8.000008 "Енергетичний менеджмент"

Затверджено до видання навчально-методичним управлінням кафедри

Дніпропетровськ

НГУ

2004

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи ВНВ-2 "Придбання практичних навиків вимірювання температури пірометром випромінювання" з дисципліни "Вимірювання неелектричних величин" для студентів спеціальностей 8.090603 "Електротехнічні системи електроспоживання", 8.000008 "Енергетичний менеджмент" / Уклад.: О.Р. Ковальов, Н.Ю. Рухлова. – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2004. – 12с.

Укладачі:

О.Р. Ковальов, ст. виклад.

Н.Ю. Рухлова, асист.

Відповідальний за випуск заступник завідувача кафедри СЕП

С.І. Випанасенко, д-р техн. наук, проф.

Мета роботи: вивчення технічних характеристик та отримання практичних навиків вимірювання температури за допомогою пірометрів випромінювання.

1. Вступ

Портативні неконтактні інфрачервоні термометри (пірометри випромінювання) ST20 і ST30 Pro мають широку галузь застосування. Вони компактні, надійні та легкі в експлуатації. Достатньо спрямувати термометр на об'єкт і натиснути на тригер, показання температури миттєво виводяться на дисплей. За допомогою неконтактного термометра можна контролювати, не наражаючись на небезпеку, гарячі та шкідливі об'єкти, доступ до яких ускладнено.

2. Теоретичні відомості

Однією з визначальних характеристик сучасного високовольтного електрообладнання є термін його служби. Цей термін, який за умови нормальної експлуатації електрообладнання повинен становити не менше 25 років, безпосередньо залежить від теплового стану електрообладнання та його струмовідних частин. Тому дуже важливо мати достовірну інформацію про тепловий стан найбільш відповідальних конструктивних частин та вузлів електрообладнання під час його експлуатації. Оцінювання теплового стану електрообладнання і струмовідних частин залежно від конструкції і умов їхньої роботи може здійснюватись за нормованими температурами нагрівання (перевищеннями температури над температурою оточуючого середовища), надлишковою температурою, динамікою змінювання температури в часі зі зміною навантаження, порівнянням вимірюваних значень температури в межах однієї фази або між фазами зі значеннями температури явно справних ділянок електрообладнання.

Чому саме температура окремих конструктивних деталей, вузлів та струмовідних частин електрообладнання так сильно впливає на термін служби електрообладнання?

Це зумовлено впливом кількох важливих факторів, основними з яких є наступні:

- механічна міцність провідників. У разі тривалого протікання по провідниках струму навантаження їхня міцність з підвищенням температури знижується: для алюмінієвих провідників - за температури 200 °С, для мідних провідників за температури 120 °С;

- теплова стійкість ізоляції, що прилягає до струмовідних частин. Теплостійкість цієї ізоляції значно нижча за теплостійкість голих неізольованих проводів. Тому навіть порівняно невелике перевищення температури понад допустиму зменшує опір ізоляційних матеріалів, що в свою чергу викликає інтенсивне виділення діелектричних втрат і призводить до різкого скорочення терміну служби ізоляції, а, отже, і самого електрообладнання;

- якість та надійність контактних з'єднань, які забезпечують безперервність струмового кола. Від технічного стану цих з'єднань прямо залежить, яку саме найбільшу тривало допустиму температуру струмовідних частин може витримати електрообладнання без скорочення терміну його служби. Це викликано тим, що контактні з'єднання, які тривало перебувають під дією температури понад 70 °С, під час протікання по них струму навантаження інтенсивно окислюються. Внаслідок окислення збільшується їхній перехідний опір, нарощується тепловиділення у вигляді джоулевого тепла, що призводить до виникнення дефекту. Швидкість розвитку дефектів (яка може становити від моменту зародження дефекту до аварійного виходу контактного з'єднання з ладу від кількох місяців до кількох років) залежить від конструкції контактного з'єднання (болтового, звареного, виконаного методом обтискування тощо), його розміщення та інтенсивності зовнішніх дій.

Визначивши вплив підвищення температури на скорочення терміну служби електрообладнання, неважко зрозуміти ту величезну роль, яка в наш час приділяється вимірюванню та науково обґрунтованому оцінюванню теплового стану електрообладнання. Ще чверть століття тому арсенал вимірювальних засобів, спроможних здійснювати з необхідною для практики точністю вимірювання теплових полів в працюючому електрообладнанні, був досить обмеженим. Наприклад, ще до недавнього часу контроль технічного стану контактних з'єднань виконувався шляхом вимірювання перехідного опору за допомогою електричних мостів та візуального спостереження за їхнім станом під час випадіння атмосферних опадів. Проте з середини 70-х років минулого століття в розвинених європейських країнах звернули особливу увагу на те що тепловий стан об'єктів різного призначення можна визначати безконтактним методом за допомогою тепловізійних приладів (теплові зорів, пірометрів). Першими серед таких об'єктів були теплоізоляційні конструкції, а незабаром черга дійшла і до визначення теплового стану електрообладнання за допомогою тепловізійної техніки. Так почав розвиватися твпловізійний контроль електрообладнання.

Застосування тепловізійного контролю високовольтного електрообладнання базується на тому, що велика кількість дефектів цього обладнання викликає змінювання температури його дефектних елементів, внаслідок чого змінюється інтенсивність інфрачервоного (ІЧ) випромінювання. Ці змінювання температурних полів містять в собі інформацію про процеси теплообміну обстежуваних об'єктів, наявність локальних джерел тепла, порушення однорідності теплофізичних властивостей матеріалів тощо. Виконавши вимірювання цих змінювань спеціальними теплофізичними приладами (тепловізорами), що мають роздільну здатність не менше 0,1°С і спектральний діапазон 8-12 мкм, можна зробити однозначний висновок про наявність або відсутність в електрообладнанні прихованих дефектів, які важко, а в багатьох випадках навіть неможливо було виявити іншими методами.

Переваги тепловізійного контролю електрообладнання порівняно з іншими методами контролю:

- такий контроль проводиться в реальних умовах експлуатації;

- всі вимірювання є безконтактними.

Можливості та перспективи застосування тепловізійного контролю в галузі електроенергетики досить широкі - від електростанцій та високовольтних ліній електропередачі до підстанцій технологічного обладнання споживачів електроенергії. Отримані під час проведення тепловізійного контролю термограми дозволяють контролювати теплові режими роботи під навантаженням, швидко й чітко виявляти неполадки та окремі дефекти електрообладнання ще задовго до того, як вони призведуть до виникнення крупних аварій.

31 вересня 2002 року наказом Міністра палива та енергетики України від 28.08.2002 р. за № 503 в Україні введені в нові "Норми випробування електрообладнання" (І 34.20.302-2002) (далі - Норми), в яких передбачено застосування тепловізійного контролю для визначення теплового стану електрообладнання та повітряних ліній електропередачі. Це дає можливість масового застосування тепловізійного контролю всіма енергосистемами України.

Яке саме електрообладнання згідно з Нормами повні проходити тепловізійний контроль? Це чітко визначено в датку Е до Норм, в якому наведено перелік такого електрообладнання:

• Синхронні генератори, в тому числі сталь статора, міжшарова ізоляція та пайки лобових частин обмотки статора.

• Електродвигуни змінного та постійного струму, в тому числі підшипники, вентиляційні канали тощо.

• Силові трансформатори, автотрансформатори, масляні реактори.

• Маслонаповнені трансформатори струму, в тому числі внутрішня ізоляція обмоток, внутрішні та зовнішні перемикальні пристрої, апаратні виводи.

• Електромагнітні трансформатори напруги.

• Вимикачі, в тому числі з'єднання камер і модулів вимикачів між собою та ошиновкою.

• Роз'єднувачі та відокремлювачі, в тому числі їхні контакти та виводи.

• Закриті та комплектні розподільні пристрої (КРП), а також екрановані струмопроводи, в тому числі контакти і контактні з'єднання апаратів та струмовідних частин цього електрообладнання.

• Збірні та з'єднувальні шини, в тому числі болтові контактні з'єднання цих шин, ізолятори шинних мостів.

• Струмообмежувальні сухі реактори.

• Конденсатори, в тому числі контактні з'єднання силових конденсаторів, елементи батарей таких конденсаторів, а також елементи конденсаторів зв'язку і подільних конденсаторів.

• Вентильні розрядники, обмежувачі перенапруг та окремі елементи цього обладнання.

• Маслонаповнені вводи та їхні виводи.

• Запобіжники, в тому числі контактні з'єднання запобіжників та плавкі вставки.

• Високочастотні загороджувачі.

• Апарати, вторинні кола та електропроводка напругою до 1000 В, в тому числі контакти та контактні з'єднання, силові кабелі 0,4 кВ.

• Повітряні лінії електропередачі, в тому числі болтові, зварні та контактні з'єднання, а також з'єднання, що виконані обтискуванням.

В табл. 1 наведено перелік найвідповідальніших вузлів електрообладнання, які згідно з Нормами підлягають тепловізійному контролю, і найбільші допустимі значення температури нагрівання та перевищення температури для цих вузлів.

Таблиця 1

Допустимі значення температури нагріву

Найменування вузлів електробладнання	Найбільше допустиме значення
	температури нагрівання, °С	температури перевищення, °С
1. Струмопровідні (за винятком контактів і контактних з'єднань) та неструмопровідні металеві частини: неізольовані, а також такі, що не стикуються з ізоляційними матеріалами ізольовані або такі, що стикуються з ізоляційними матеріалами класів нагрівостійкості за ГОСТ 8865: V А Е В Р Н	120 90 100 120 130 155 180	80 50 60 80 90 115 140
2. Контакти з міді та мідних сплавів: без покриттів, у повітрі (в ізоляційному маслі) з накладними срібними пластинами, у повітрі (в ізоляційному маслі) з покриттям сріблом або нікелем, у повітрі (в ізоляційному маслі) з покриттям сріблом завтовшки не менше 24 мкм з покриттям оловом, у повітрі (в ізоляційному маслі)	75 (80) 120 (90) 105 (90) 120 90 (90)	35 (40) 80 (50) 65 (50) 80 50 (50)
3. Контакти металокерамічні вольфрамо- та молібденмістильні в ізоляційному маслі: на основі міді (срібла)	85 (90)	45 (50)
4. Апаратні виводи з міді, алюмінію та їх сплавів, призначені для з'єднання з зовнішніми провідниками електричних кіл: без покриття з покриттям оловом, сріблом або нікелем	90 105	50 65
5. Болтові контактні з'єднання з міді, алюмінію та їхніх сплавів: без покриття, у повітрі (в ізоляційному маслі) з покриттям оловом, у повітрі (в ізоляційному маслі) з покриттям сріблом або нікелем, у повітрі (в ізоляційному маслі)	90 (60) 105 (100) 115 (100)	50 (60) 65 (60) 75 (60)
6. Запобіжники змінного струму на напругу 3 кВ і вище: з'єднання з міді, алюмінію та їхніх сплавів у повітрі без покриттів (з покриттям оловом): з рознімним контактним з'єднанням, що здійснюється пружинами з розбірним з'єднанням (закріплення болтами або гвинтами), у тому числі виводи запобіжника металеві частини, які використовуються як пружини: з міді з фосфористої бронзи та аналогічних сплавів	75 (95) 90/105 75 105	35 (55) 50/65 35 65
7. Ізоляційне масло у верхньому шарі комутаційних апаратів	90	50
8. Вмонтовані трансформатори струму: обмотки магнітопроводи	- -	10 15
9. Болтове з'єднання струмовідних виводів з'ємних вводів у повітрі (в маслі)	-	85/65
10. З'єднання пристроїв РПН силових трансформаторів з міді, її сплавів, мідьзамісних композицій без покриття сріблом під час роботи на повітрі (у маслі): з натискуванням болтами або іншими елементами, що забезпечують жорсткість з'єднання; з натискуванням пружинами і такі, що само очищуються в процесі перемикання; з натискуванням пружинами і такі, що не самоочищуються в процесі перемикання	- - -	40/25 35/20 20/10
11. Струмовідні жили силових кабелів в тривалому (аварійному) режимі за наявності ізоляції: з лолівінілхлоридного пластику і поліетилену з вулканізованого поліетилену з гуми з гуми підвищеної теплостійкості з просоченої паперової ізоляції у разі в'язкого (мізерного) просочення і за номінальної напруги, кВ: 1 і 3 6 10 20 35	70/80 90/130 65/- 90/- 80/80 65/75 60/- 55/- 50/-	- - - - - - - - -
12. Колектори і контактні кільця, не захищені та захищені за умови ізоляції класів нагрівостійкості: А/Е/В F/Н	- -	60/70 90/100
13. Підшипники ковзання (кочення)	80/100	-

Таблиця 2

Найменування електрообладнання	Періодичність проведення тепловізійного контролю
Електрообладнання розподільних пристроїв на напругу: 35 кВ і нижче 110-220 кВ 300-750 кВ Розподільні пристрої (РП) усіх класів напруг	1 раз в 3 роки 1 раз в 2 роки Щорічно Після дії стихійних явищ (значних вітрових навантажень, КЗ на шинах РП, землетрусів, сильних ожеледей тощо)
Повітряні лінії електропередавання (ПЛ): перевірка усіх видів контактних з'єднань проводів для: ПЛ, що вводяться в експлуатацію ПЛ, що перебувають в експлуатації 25 і більше років, у разі відбракування 5% контактних з'єднань ПЛ, що працюють в особливих або тяжких умовах експлуатації решта ПЛ	У перший рік введення в експлуатацію Не рідше 1 разу в 3 роки Щорічно Не рідше 1 разу в 6 років

Приклади найхарактерніших дефектів електрообладнання та окремих його вузлів, які дозволяє виявити тепловізійний контроль, наведено в табл. 3.

Таблиця 3

Місце виникнення дефекту	Прояв дефекту
Короткозамкнені контури на екранованих струмопроводах	Надмірні перегрівання бака трансформатора що виникли внаслідок неправильного складання струмопроводів чи конструкцій, на яких кріпиться струмопровід
Дефектні ізолятори всередині струмопроводу	Місцеві перегрівання герметизувальної кришки основи ізолятора, локальні нагрівання по висоті фарфору ізолятора
Дефекти баків, вводів та системи охолодження силових трансформаторів	Місцеві перегрівання окремих елементів баків та(охолоджувачів, термосифонних фільтрів, болтів, що з'єднують дзвін вводів, наявність локальних нагрівань у зоні та піддон бака, тощо) по висоті покришки порівняно з вводами інших фаз
Дефекти елементів вентильних розрядників та обмежувачів перенапруг	Неоднаковий розподіл напруги по елементах фаз, перевантаження за величиною напруги на окремих елементах розрядників, перевищення температури окремих чи блоків обмежувачів перенапруг проміжків розрядників над температурою оточуючого середовища
Дефекти внутрішньої ізоляції обмоток вимірювальних трансформаторів струму	Локальні нагрівання поверхні фарфорових покришок, неоднакові значення температури аналогічних зон покришок трьох фаз

Примітки:

Перевірка усіх видів контактних з'єднань проводів ПЛ здійснюється за допомогою тепловізійного контролю, який проводиться з гелікоптера. Особливими або тяжкими умовами експлуатації для ПЛ вважаються умови, якщо ПЛ працюють: з граничними струмовими навантаженнями або здійснюють живлення відповідальних споживачів, або працюють за умов підвищених забруднень атмосфери, великих вітрових та ожеледних навантажень тощо.