Technika bezkontaktného merania teplôt a zobrazovania teplotných polí s využitím v energetike, telekomunikáciách, stavebníctve, priemysle, lekárskej praxi, bezpečnostných, vojenských a mnohých ďalších účeloch je známa pod názvom termovízia. Vďaka už pomerne vysokej spoľahlivosti a technickej dokonalosti sú kamery vyrábané v súčasnosti poprednými celosvetovými výrobcami rozšírené na celom svete, no najmä vo firmách a spoločnostiach kde je spoľahlivosť výroby prípadne dodávky elektrickej energie nesmierne dôležitá.

Termografia bola v spojení s vibračnou analýzou po celé desaťročia hlavnou metódou diagnostikovania porúch v priemysle ako súčasť programu peventívnej údržby. Veľkou výhodou týchto metód je, že vďaka ním je možne realizovať kontrolu rozvodou elektrickej energie bez toho, že by bol narušený výrobný proces.

Termografická kontrola elektrických inštalácií sa používa v troch hlavných oblastiach:

• výroba elektrickej energie,
• prenos elektrickej energie,
• rozvod elektrickej energie, tj. priemyslové využitie elektrickej energie.

Infračervená kamera sa v priebehu minulých rokov vyvíjala, v súlade s vývojom a zavádzaním nových komponentov, elektronických prvkov, detektorov a dnes možno povedať, že je v podstate k dispozícií už jej 8. generácia (obr. 1).

Obr. 1. Niektoré typy používaných termovíznych kamier

2. Všeobecné informácie o zariadení, kontrole a technike merania

Kontroly sú uskutočňované za normálnych prevádzkových podmienok, pričom spoločnosti zaoberajúce sa výrobou elektrickej energie prevádzajú merania počas obdobia vysokého zaťaženia, ktoré sa v jednotlivých krajinách alebo podnebiach odlišuje a taktiež termíny merania sú rôzne (napr. v škandinávskych krajinách sú realizované najčastejšie v priebehu jarného alebo jesenného ročného obdobia) aj v závislosti od typu kontrolovanej elektrárne (vodná, jadrová, tepelno-uhoľná apod.).

Kontrolované zariadenie má určité teplotné chovanie, ktoré by malo byť známe osobe vykonávajúcej termografické meranie. Pri elektrických zariadeniach je všeobecne dobre známy fyzikálny princíp detekcie porúch, v podobe líšiaceho sa tepelného charakteru založený na tom, že dochádza k zvýšeniu elektrického odporu alebo ku zvýšeniu odberu elektrického prúdu. Obecným pravidlom je, že miesta so zvýšenou teplotou sú pravdepodobne potenciálne lokalizované oblasti porúch. Teplota a zaťaženie v okamžiku kontroly poskytujú dôležité informácie o tom, aká závažná je porucha, prípadne ako sa môže vyvíjať v iných podmienkach. Správne vyhodnocovanie každého prípadu si vyžaduje i detailné informácie o tepelnom chovaní (napr. poznať maximálnu povolenú teplotu apod.), alebo všeobecne platí, že čím viac operátor infračervenej kamery vie o danom zariadení, ktoré kontroluje tým je vyššia kvalita kontroly. Na druhej strane je však nemožné aby osoba realizujúca termografické meranie mala detailné informácie o všetkých typoch kontrolovaného zariadenia. Z toho dôvodu je vhodné aby počas kontroly bola prítomná i osoba zodpovedná za zariadenie.

V prípade zreteľne identifikovanej poruchy (napr. ak nejde o odraz, alebo prirodzene teplý bod) môžeme začať so zberom dát. V meracom protokole je potrebné uviesť spektrálnu emisivitu meraného objektu, jej presnú identifikáciu, prevádzkové podmienky spolu s nameranou teplotou, stupeň klasifikácie ako i reálnu fotografiu lokalizovaného miesta.

Klasifikácia poruchy popisuje podrobný význam poruchy pričom musíme brať do úvahy nielen situáciu v dobe merania. Teplota zvýšená o hodnotu +30?C je výraznou poruchou a dôležitou informáciou je prevádzkové zaťaženie, pretože v prípade zaťaženia nižšieho ako nominálne, bude teplota ešte stúpať. Obyčajne sa však teploty udávajú pre nominálne zaťaženie. Na základe klasifikácie poruchy určí zodpovedný vedúci údržby prioritu opráv, existuje však množstvo ďalších informácií, ktoré je potrebné brať do úvahy.

Oprava lokalizovaných porúch je najdôležitejšia úloha preventívnej údržby, pričom opravená časť by mala byť po oprave čo najskôr skontrolovaná. Štatistika účinnosti opráv pritom ukazuje, že až tretina opravených porúch bude naďalej preukazovať prehrievanie. Je potrebné si uvedomiť, že ďalšie skúmanie určenia príčiny poruchy vedie často k zlepšeniu postupu opráv, pomáha vo výbere odberateľov a zisťuje nedostatky konštrukčného riešenia elektrickej inštalácie. Údržba tak môže rýchlo vidieť účinok a úspešnosť opráv, pričom sa môže poučiť zo svojich chýb. V správe sa odporúča zaznamenať typ zistenej poruchy počas opravy a tiež realizované opatrenia. Toto je dôležitý zdroj informácií, pretože ho možno využiť pre zníženie skladových zásob, pre výber najlepšieho dodávateľa, prípadne pre zaškolenie nového personálu údržby apod.

Neoddeliteľnou súčasťou termokamery je tiež vyhodnocovací sofvér. Reálne a tepelné obrazy sú zobrazované na obrazovke počítača už behom analýzy a automaticky sú prevzaté do termografickej správy. Pomocník tvorby správy vlastne vedie postupne užívateľa k vytvoreniu prehľadnej a zrozumiteľnej správy, taktiež sú k dispozícii rôzne šablóny pre vytvorenie krátkych správ k úplnej dokumentácií. Počas analýzy sú k dispozícií rôzne funkcie. Napr. nastavovanie rôznych emisivít a odrazených teplôt materiálov od obrazových oblastí až po jednotlivé obrazové prvky, funkcia Histogram, ktorá ukazuje rozloženie teploty v obraze, teplotný rez, zvýraznenie bodou s prekročenou teplotou a mnoho iných pomocných funkcií.

Správne meranie teploty niekedy nezávisí iba na funkcii vyhodnocovacieho softvéru kamery. V praxi sa môže stať, že skutočnú poruchu na spoji nie je vidieť, pretože ju v danom okamžiku na kamere nie je vidieť. Môžeme však namerať teplo, ktoré je vedené na určitú vzdialenosť. V tomto prípade je potrebné zvoliť iné uhly, tak aby bol meraný bod dobre viditeľný. Príkladom môžu byť spoje ukryté vo vnútri skrinky, pod krytom apod. Niektoré kamery dokážu v súčasnosti už automaticky vyhľadať najväčšiu teplotu.

Pre termografickú kontrolu elektrických inštalácií sa používa špeciálna metóda, založená na porovnávaní rôznych predmetov (napr. porovnávame tri fázy medzi sebou apod.). Menšie rozdiely vo farbe sa môžu vyskytnúť napr. v mieste spojenia dvoch rozdielnych materiálov, v miestach meniaceho sa priemeru vodičov apod.

V prípade lokalizovaných porúch je potrebné previesť opatrenie – ale mnohokrát sa nerealizujú. Pre odporučené opatrenie je totiž potrebné vyhodnotiť nasledovné kritériá:

• aké je zaťaženie počas merania, očakávané zaťaženie (prípadne rovnomerné alebo premenlivé zaťaženie),
• aká je poloha poruchovej časti,
• či je zvýšená teplota meraná priamo na poruchovom spoji alebo nepriamo vedeným teplom, čo môže byť spôsobené napr. vnútornou poruchou zariadenia.

Zvýšené teploty, merané priamo na poruchovom mieste (Tab. 1), sú rozdelené presnejšie do troch kategórií (vztiahnuté na 100% zaťaženie).

Tab. 1. Rozdelenie zvýšených teplôt

Termovízna kamera detekuje všetko žiarenie, ktoré sa dostane do objektívu, ale aj žiarenie vychádzajúce z iných zdrojov, prípadne ktoré bolo odrazené. Typický prípad elektrických časti, ktoré sa chovajú ako zrkadlo infračerveného žiarenia je veľmi lesklý holý kov. Opak predstavujú časti lakované, izolované, plastové. Odraz jednoducho zistíme zmenou pohybu a sledujeme teplé miesto. V prípade, že sa pohne s nami ide o odraz.

Povrch merania s pomerne vysokou spektrálnou emisivitou môže mať zvýšenú teplotu aj vplyvom slnečného žiarenia. Ako bolo spomínané pri metóde porovnávania je potrebné sa presvedčiť, či zaťaženie všetkých troch fáz je rovnomerné. Typický prípad je keď dve fázy v dobrom stave sú prehriate, čo signalizuje nesymetrické zaťaženie. V prípade niekoľkých káblov vo zväzku, môže dôjsť aj k zvýšeniu ich teploty, nedostatočným chladením.

Pri montáži spoja, v dôsledku opotrebovania materiálu alebo naopak pri veľmi vysokom silovom zaťažení spoja môže dôjsť k nízkemu kontaktnému prítlaku (tým sa znižuje napnutie pružiny a opotrebovávajú sa závity matíc a skrutiek).

... pokračování příště.

Literatúra

• Šimko M., Chupáč M.: Termovízia a jej využitie v praxi. EDIS Žilina, 2007.
• Šimko M., Chupáč M.: Non-Destructive Method of Measurement of Radio Transmitters Antenna Systems. Electronics amd Electrical Engeneering 2011, No. 1, Kanunas, Lithuania.
• Pavlásek P., Gutten M., Korenčiak D.: Meranie a meracie systémy [elektronický zdroj]. Učebné texty 2004, Žilinská univerzita, 1 elektronický optický disk (CD-ROM).