Artykuł jest kontynuacją publikacji zamieszczonej w czerwcowym wydaniu Magazynu Elektrosystemy. Pierwsza część opracowania obejmowała opis uwarunkowań pomiarów termowizyjnych: okoliczności prowadzania badań, czynników, które mogą mieć wpływ na wynik i które należy uwzględnić, oraz klasyfikacji wyników. W drugiej części omówione zostaną wymagania, jakie musi spełniać prawidłowo zrealizowane badanie. Dotyczą one zarówno wyszkolenia osób prowadzących pomiary, wykorzystywanego sprzętu, jak i zastosowanych procedur.

Raport powstały w wyniku badań termograficznych powinien zawierać zestaw danych oczekiwanych przez zamawiającego, umożliwiających mu podjęcie właściwej decyzji. Rzetelne pomiary prowadzące do tego celu muszą być wykonywane w odpowiednich warunkach, przy pomocy odpowiedniej aparatury, przez wykwalifikowany personel i z zachowaniem właściwych procedur badawczych.

Aparatura

W badaniach urządzeń elektroenergetycznych i energetycznych spotykane są zarówno obiekty duże, takie jak kotły, elektrofiltry, kominy, transformatory, jak i obiekty małe, np. nóż odłącznika, przepust izolatora ściennego itp. Warunki pomiarowe niekiedy uniemożliwiają obserwację obiektu z dogodnej odległości i pod dogodnym kątem. Potrzeby zamawiającego są zróżnicowane – raz potrzebne jest wykrycie i lokalizacja anomalii z szacunkowym określeniem zakresu odchyleń od normy, innym razem dokładna ocena wartości temperatury i klasyfikacja wady. Spotyka się temperaturę obiektów przewyższającą temperaturę otoczenia o kilka, jak również o kilkaset stopni. Badania prowadzone są w różnej temperaturze otoczenia i warunkach środowiskowych.
Szerokie przedziały zmienności napotkanych i żądanych parametrów powodują, że aparatura termograficzna musi zapewniać wystarczającą rozdzielczość obrazów przy jednoczesnym dużym polu widzenia w celu identyfikacji, wystarczającą rozdzielczość temperaturową i zmienny przedział oczekiwanej lub obserwowanej temperatury obiektu, możliwość zmiany współczynnika emisyjności w czasie obserwacji i wiele innych. Pożądana jest również odporność mechaniczna na wstrząsy i wpływy atmosferyczne. Własne zasilanie musi zapewnić co najmniej kilkugodzinną pracę. Rejestracja obrazu powinna mieć możliwość nagrania komentarza słownego, nie powinno być możliwe przypadkowe skasowanie.
Konstrukcja aparatury powinna umożliwiać szybkie dopasowanie parametrów obserwacji do warunków obserwacji obiektu oraz zapewnić stabilność wskazań.

Rozdzielnia SN. Wada złącza roboczego odłącznika

Rozdzielnia nn. Wada złącza śrubowego do przekładnika

Rozdzielnia nn. Wada przyłącza kablowego do przekładnika

Klasy aparatury

Różnorodność wymogów spowodowała, że wyodrębniły się dwie klasy aparatury dla zastosowań termodiagnostycznych w elektroenergetyce:

Kamery do badań jakościowych z elementami pomiaru
Pierwsza kategoria to proste, tanie kamery do badań jakościowych z elementami pomiaru, gdzie główną cechą jest wizualizacja pola temperatury, a możliwość pomiaru punktowego lub określenie temperatury maksymalnej w obszarze są elementami ważnymi, ale nie we wszystkich sytuacjach stosowanymi. Urządzenia te przeznaczone są do kontroli stanu cieplnego obiektów i elementów w sposób porównawczy lub do wykrywania miejsc występowania ekstremalnych temperatur na kontrolowanym obiekcie. Taką niedrogą aparaturę powinny posiadać rejony energetyczne – dla szybkiej, zgrubnej i „na miejscu” oceny stanu cieplnego sprawdzanych urządzeń. Tego typu urządzenia są również rekomendowane dla służb utrzymania ruchu w firmach z zagrożeniem pożarowym, z priorytetem ciągłości ruchu, z obciążoną i rozległą siecią elektroenergetyczną, dużą liczbą rozdzielnic itd. Przykładem kamery termowizyjnej tej klasy są kamery Flir InfraCAM oraz Flir i5.

Kamery pomiarowe o wysokiej rozdzielczości przestrzennej
Wyższą klasę urządzeń stanowią kamery termograficzne pomiarowe o wysokiej rozdzielczości przestrzennej – dla badań głównie ilościowych. Są one wyposażone w oprzyrządowanie umożliwiające pracę w różnych warunkach i kontrolę różnych obiektów. Oprogramowanie wewnętrzne pozwala na wszechstronną analizę termogramów na ekranie kamery już w momencie obserwacji, ale również po zarejestrowaniu.
Oprogramowanie komputerowe pozwala na o wiele bogatszą analizę zarejestrowanych termogramów, precyzyjną klasyfikację wad i określenie niezbędności remontu, co usprawnia pracę ekip remontowych. Aparatura ta umożliwia też badania wszelkich innych obiektów, nie tylko obiektów elektroenergetycznych.
Ze względu na wysoką cenę oraz niezbędne przygotowanie fachowe operatorów, w kamery takie wyposażane są specjalistyczne ekipy wykonujące na zlecenia z zewnątrz wszelkie prace z zastosowaniem termografii. Urządzenia tej klasy mogą być też przydatne w firmach, w których znajdą zastosowanie (poza elektroenergetyką i ogólnie utrzymaniem ruchu) w procesie technologicznym i w pracach badawczo-rozwojowych, a także w celu zmniejszenia zużycia energii w całej firmie (izolacja rurociągów, budynków, obiektów technologicznych). Potrzeby tego typu spełniają uniwersalne kamery termowizyjne Flir serii T o symbolach T200, T250, T360 i T400, z funkcją rejestracji foto oraz (nie wszystkie modele) komentarza głosowego.

Rozdzielnia nn. Wada złącza do wyłącznika nadmiarowo-prądowego

Rozdzielnia nn. Wada złącza do wyłącznika nadmiarowo-prądowego

Obsługa

Na obraz cieplny urządzeń elektroenergetycznych wpływa bardzo wiele parametrów. Są to głównie:
• warunki meteorologiczne,
• warunki techniczne pracy obiektu,
• konstrukcja urządzenia.
Zobiektywizowanie wpływu tych wszystkich parametrów na obraz cieplny jest trudne, a ze względu na duża liczbę obiektów poddawanych oględzinom, np. w rozdzielniach, praktycznie niemożliwe. W tej sytuacji szczególną rolę odgrywa poziom kompetencji ekipy i innych osób wykonujących pomiary termalne w podczerwieni.

Rozdzielnica nn. Duże obciążenie prądowe powoduje nadmierny wzrost temperatury wiązki kabli

Szynoprzewód 0,4 kV w pomieszczeniu rozdzielni nn. Termogram wykonany kamerą termowizyjną zaopatrzoną w teleobiektyw 12st

Ekipa wyspecjalizowana
Ekipa wyspecjalizowana w pomiarach termograficznych – dysponująca sprzętem pomiarowym odpowiednio wysokiej klasy (kamerą termograficzną pomiarową) i wykonująca obligatoryjne kontrole stacji elektroenergetycznych najwyższych napięć, powinna:
• podczas oględzin potrafić oszacować wpływ wszystkich czynników zniekształcających pomiar, a w razie potrzeby podać temperaturę obiektu w przeliczeniu na warunki normalne,
• w przypadku badania obiektów nietypowych lub jednostkowych dobrać optymalne warunki badania,
• we współdziałaniu z lokalnym specjalistą umieć uwzględnić specyfikę obiektu i wpływ otoczenia.
Członek grupy badawczej musi posiadać ogólną wiedzę o obiektach badanych, aby zapewnić wystarczającą identyfikację problemu. Im większy jest poziom kompetencji, tym mniejsza możliwość popełnienia błędu. W raporcie, na wybranych termogramach ilustrujących stan termiczny istotnych fragmentów stacji może być dokonana pogłębiona analiza, na jaką pozwala oprogramowanie.

Rozdzielnia 110 kV. Tory prądowe baterii kondensatorów

Kontrola złączek linowych linii 110 kV. Termogram wykonany kamerą termowizyjną zaopatrzoną w teleobiektyw 12st

Obsługa obiektu
W przypadku badań wykonywanych przez pracowników stacji elektroenergetycznej lub ze służb utrzymania ruchu, których jednym z obowiązków jest systematyczna lub wyrywkowa kontrola zacisków i zestyków aparatów elektrycznych przy pomocy prostej kamery termowizyjnej, powinny zostać spełnione następujące warunki:
• pracownik powinien posiadać podstawową wiedzę o specyfice pomiarów temperatury w podczerwieni na obiektach elektroenergetycznych, jak również dobrą znajomość uwarunkowań tych badań cechami posiadanej aparatury,
• jako główną metodą badań należy stosować porównania stanów termicznych tych samych elementów w różnych fazach,
• prace kontrolne powinien wykonywać w miarę możliwości ten sam pracownik, co zmniejszy rozrzut błędu systematycznego. Odpowiedzialna za pomiar osoba dzięki temu szybciej nabierze doświadczenia,
• wyniki pracy powinny być okresowo weryfikowane przez specjalistyczną ekipę termograficzną,
• aparatura kontrolna powinna podlegać okresowej kontroli – potwierdzeniom wyposażenia pomiarowego zgodnie z zaleceniami normy PN-ISO 10012 „Wymagania dotyczące zapewnienia jakości wyposażenia pomiarowego”.

Transformator 15/0,4 kV. Stan awaryjny przyłącza po stronie SN

System Zarządzania Jakością
Zgodnie z zasadami Systemu Zarządzania Jakością zarówno osoba wykonująca badania termograficzne, jak i wykorzystywany do badania sprzęt powinny spełniać szereg kryteriów. Regulacja określa też zakres i sposób stosowania procedur.
Osoba przeprowadzająca pomiar musi być odpowiednio przygotowana, a w szczególności powinna:
• posiadać odpowiednie wykształcenie, przeszkolenie i doświadczenie lub umiejętności,
• posiadać przynajmniej ogólną wiedzę o obiekcie badań, jego technologii i zakresie pracy, możliwości wystąpienia anomalii, normalnego zużycia, a także wiedzę o dotychczasowym przebiegu pracy (historii obiektu),
• posiadać wiedzę o przewidywanych skutkach wystąpienia anomalii termicznych i ich związku z wadami obiektu,
• rozumieć znaczenie stwierdzonych odchyleń dla normalnego użytkowania badanych obiektów i znać przepisy prawne lub techniczne dopuszczalności wad.
Sprzęt wykorzystywany do badań powinien być sprawny i właściwy do zakresu wykonywanych pomiarów:
• urządzenia powinny posiadać aktualny certyfikat kalibracji wystawiony przez producenta, lub uprawnione do tego laboratorium lub inną jednostkę. Dla całego wyposażenia pomiarowego, również dla kamer termowizyjnych, konieczne jest sprawdzanie go „w wypadku wystąpienia anomalii pracy sprzętu zauważonych podczas normalnej eksploatacji”. Niezbędne jest również ustalenie okresowych sprawdzeń z częstotliwością zalecaną przez producenta, bądź opartą o doświadczenia własne lub innych. Częstość sprawdzeń powinna uwzględniać czas rzeczywistej pracy w tym okresie, „starzenie się” w czasie przechowywania oraz koszt i czas wyłączenia z eksploatacji. Ogólne wytyczne znajdują się w normie PN-ISO 10012 „Wymagania dotyczące zapewnienia jakości wyposażenia pomiarowego”,
• sprzęt „właściwy do wykonywanych zadań” oznacza, że zakup został dokonany po dokładnym wyspecyfikowaniu potrzeb (teraźniejszych i dających się przewidzieć) i stosowanie sprzętu ma miejsce w obszarach, gdzie jest to właściwe i uzasadnione.
Pomiar powinien być prowadzony zgodnie z udokumentowanymi procedurami badawczymi, z uwzględnieniem postępowania z badaniami i wynikami niezgodnymi z wymaganiami. Osoba prowadząca badanie powinna ściśle stosować się do zatwierdzonych procedur dotyczących typowych zastosowań. Badania nietypowe można przeprowadzać dopiero po nabraniu biegłości w badaniach termowizyjnych oraz po wykonaniu walidacji metody termowizyjnej, tj. oszacowaniu wpływu różnych czynników na niepewność wyniku. Walidacja metody daje orientację, które czynniki i przy jakich badaniach mają istotny wpływ na wynik i ich znajomość ma kluczowe znaczenie, a jakie mają wpływ niewielki i ich wartość nie musi być znana z maksymalną dokładnością. Wszelkie odchylenia od spodziewanych wyników, za wyjątkiem wykrytych wad, powinny być „na miejscu” weryfikowane inną metodą, bądź co najmniej zostać przeanalizowane, aby zminimalizować ryzyko błędnego badania lub niepotrzebnej rejestracji stanów normalnych.

Procedury

Procedura badania będzie zależna od możliwych do spełnienia oczekiwań zamawiającego. W przypadku badania rozdzielni (stacji elektroenergetycznych) celem jest znalezienie wszystkich złączy o zbyt wysokiej temperaturze i zakwalifikowanie ich do naprawy o określonej pilności wykonania.
Procedura badania jest funkcją celu. Aby nie pominąć żadnego złącza zasadą jest:
• śledzenie drogi prądowej, np. od odłącznika liniowego do transformatora,
• rejestracja termogramów przejrzanych elementów i odpowiadającego im obciążenia. Obciążenie powinno być stałe lub wolnozmienne, w miarę możliwości maksymalne, nie mniejsze od 40%. W przypadku pól o szybkich zmianach obciążeń, np. podstacji PKP lub trakcji elektrycznej komunikacji miejskiej, rejestrowane są termogramy w czasie wystąpienia obciążenia, co skutkuje wzrostem temperatury złącz i elementów czynnych. Ocena stanu dokonywana jest na podstawie zauważonych relacji temperaturowych między elementami podobnie obciążonymi, a nie przez ocenę przyrostu temperatury (dotyczy to także pól zasilających urządzenia pracujące w sposób nieciągły, przypadkowy, jak windy pompy, sprężarki, niektóre wentylatory, grzałki w procesie technologicznym itp.),
• uwzględnienie warunków przeprowadzania badań (meteorologicznych, środowiskowych, aparaturowych i innych),
• wskazanie zamawiającemu, jeszcze „na miejscu”, wykrytych wad wymagających natychmiastowej interwencji,
• zinterpretowanie zarejestrowanych termogramów,
• sporządzenie raportu o typowej formie, adekwatnej do potrzeb zamawiającego, a w nim wymienienie, oprócz sytuacji i elementów zarejestrowanych, wszystkich elementów niepodlegających badaniom i przyczyn tego zaniechania.
Często zdarza się, że firmy ubezpieczeniowe wymagają wykonania badań termowizyjnych wszystkich rozdzielnic elektroenergetycznych w zakładzie produkcyjnym, który ubezpieczają i przedstawienia raportu. Niekiedy żądają przedstawienia termogramów wszystkich rozdzielnic, nawet nieobciążonych w trakcie badań, jak również takich, w których wykonawca badań nie stwierdza anomalii. Taki „całościowy” raport z badań, mimo elementów zbędnych, jest po upływie czasu dobrym odniesieniem do stanu aktualnego.

Włodzimierz Adamczewski
Autor jest właścicielem
firmy Termopomiar