Technisch onderhoud met thermografie Diagnose van elektrische installaties met een warmtebeeldcamera
Inleiding Een stroom loopt door de elektrische installatie en heeft van nature een interne weerstand en een overdrachtsweerstand bij aansluitingen. Bij veroudering, onjuiste installatie, mechanische stress of schade zijn de weerstanden te hoog en hoopt elektrische energie zich op, wat omgezet wordt in warmte. Met als resultaat een temperatuurtoename die desastreuze gevolgen kan hebben. De beschadiging van het isolatiemateriaal kan kortsluiting en vlambogen veroorzaken, die weer tot brand kunnen leiden en de complete installatie stillegt.
Thermografie kan worden ingezet in het onderhoudsproces om deze elektrische problemen te voorkomen en indien nodig vroegtijdig te detecteren. Er zijn vier werkgebieden binnen de elektrische toepassing:
Constructie/Interpretatie/Inbedrijfstelling Bij het ontwerpen van elektrische installatie worden in modellen luchtstroming- en temperatuurverhoudingen gesimuleerd. Deze simulaties kunnen met behulp van infraroodmetingen getoetst worden. Bij inbedrijfstelling kunnen de specificaties van de installatie getest worden.
Inspectie/testen Voor preventief onderhoud worden elektrische installaties regelmatig thermografisch onderzocht. Door deze regelmatige inspecties en testen worden defecten en afwijkingen vroegtijdig gedetecteerd en wordt de systeembeschikbaarheid en betrouwbaarheid verhoogd.
Toestand afhankelijk onderhoud Naast verhoogde overgangsweerstanden bij contacten en aansluitingen kun andere defecten aanwezig zijn die de bedrijfsprocessen kunnen verhinderen. Met behulp van thermografie kan de kwetsbaarheid van het systeem in kaart worden gebracht. Denk bij deze metingen altijd aan de omgevingscondities, randvoorwaarden en het vrije zicht op het object. 1
Storingsanalyse Is er bij een installatie een storing opgetreden dan kan een infraroodcamera gebruikt worden om de installatie te onderzoeken. Er kan met de infraroodcamera gekeken worden welk component er gerepareerd moet worden, of aangrenzende componenten aangetast zijn en of de reparatie effect heeft gehad.
Thermografie is niet de enige methode om het functioneren en kwetsbaarheid van elektrische installaties vast te stellen. Extra zekerheid wordt verkregen door begeleidende meetmethoden, zoals temperatuurmetingen met dataloggers voor de evaluatie en interpretatie van de meetresultaten.
2
1. Basis van de diagnose methode Om nauwkeurige temperatuurmetingen, in het kader van de meetonzekerheid van de warmtebeeldcamera, te kunnen doen moeten de randvoorwaarden voor de meting bekend zijn. Naast de volgende punten moet rekening gehouden worden met de belastingsgraad, nominale stroom en de inschakelduur van de installatie op het moment van onderzoek.
1.1
Invloed van de emissiegraad
De emissiestraling afkomstig van het meetobject staat in directe relatie tot de temperatuur van dat object. Bij het onderzoeken van elektrische installaties is de hoeveelheid emissiestraling, ofwel emissiegraad, daarom maatgevend voor de nauwkeurigheid van de temperatuurmetingen met behulp van infraroodtechniek. De emissiegraad kan per materiaal flink variëren. Bij metalen is de emissiegraad vooral afhankelijk van de oppervlakte condities en kan variëren tussen de 0,1 en 0,98. Blank gepolijste metalen zullen een emissiegraad rond de 0,1 hebben en sterk geoxideerde metalen gaan mogelijk richting de 0,98. Het is daarom zinvol om bij oppervlakken met een lage emissiegraad rekening te houden met een grotere meetonzekerheid. Een emissiegraad met factor 1 komt nauwelijks voor bij meetobjecten. In het geval van een emissiegraad van 1 is er sprake van een “black body”. Black body’s worden onder andere gebruikt voor de kalibratie van warmtebeeldcamera’s.
1.2
Invloed van de reflectiegraad
De som van de emissiegraad en de reflectiegraad is 1. Daarom is het aandeel reflectiestraling groot bij materialen met een lage emissiegraad. De warmtebeeldcamera is niet in staat om een onderscheid te maken tussen emissie- en reflectiestraling, daarom leidt een hoge mate van reflectie mogelijk tot meetfouten en onjuiste interpretatie van de meetresultaten.
De thermograaf dient zelf rekening te houden met mogelijke reflectiestraling van storende bronnen in de nabijheid van het meetobject. Om reflectiestraling van storende bronnen uit de omgeving te herkennen kan de zogenaamde “thermografiedans” gedaan worden. Door vanaf een ander standpunt de meting uit te voeren (een stapje naar links of rechts) verandert de hoek van inval en daarmee ook de hoek van uitval. Andere mogelijke reflectie zouden dan kunnen optreden. In dat geval zal de temperatuur op dat punt/component veranderen en is vastgesteld dat reflecties de meting verstoren. Door een geschikte hoek van inval te kiezen, kunnen onaangename reflectie uit de omgeving vermeden worden. 3
Een ander voorbeeld van reflectie zijn componenten in de nabijheid van het meetobject die een groot temperatuurverschil hebben met het meetobject (bijvoorbeeld ovens, hete leidingen, koelleidingen, etc.). Deze reflecties kunnen uitgesloten worden door het meetobject af te schermen met thermische doeken of eventueel ook hier de juiste positie te kiezen waarbij de hoek van inval geen storende reflecties oplevert.
1.3
Invloed van de meetvlek
De verhouding van de afstand van de warmtebeeldcamera tot het meetobject en de grote van de te meten componenten moet in acht genomen worden. De meetvlekgrootte per pixels is afhankelijk van de hoeveelheid pixels in de detector en de lenshoek van de camera. Wanneer het te meten component kleiner is dan de meetvlek, dan kan er geen nauwkeurige meting gedaan worden. Verklein indien mogelijk de afstand tot het meetobject of gebruik een lens met een kleinere lenshoek.
1.4
Invloed van de afstand
De afstand tussen de warmtebeeldcamera en het meetobject is bepalend voor de hoeveelheid emissiestraling van het meetobject die de camera bereikt. De atmosfeer die tussen de warmtebeeldcamera en het meetobject aanwezig is absorbeert en reflecteert een klein gedeelte van die straling en dus neemt de hoeveelheid straling af naar mate de afstand vanaf het object groter wordt. De zogenoemde transmissiegraad van de atmosfeer wordt bepaald aan de hand van de relatieve luchtvochtigheid. Bij de typische in onderhoud voorkomende afstanden is de invloed van de afstand en relatieve luchtvochtigheid relatief klein.
1.5
Invloed van omgevingscondities
De hieronder genoemde omgevingscondities hebben een directe invloed op de meetresultaten:
1.5.1 Luchtvochtigheid Zoals eerder beschreven beïnvloedt de luchtvochtigheid de transmissiegraad van de atmosfeer tijdens thermografisch onderzoek. In veel warmtebeeldcamera’s is er een functie voorhanden die op basis van de luchtvochtigheid de gemeten temperaturen kan corrigeren. In de buitenlucht
4
kunnen bij regen en sneeuwval (hoge luchtvochtigheden) geen zinvolle meetresultaten verkregen worden.
1.5.2 Omgevingstemperatuur Om vergelijkbare metingen op een juiste wijze te kunnen interpreteren, dient rekening gehouden te worden met de omgevingstemperatuur. Bij onderzoek van een openlucht installatie in de winter, zullen de temperaturen van componenten (bij gelijke belasting) lager zijn dan in de zomer vanwege de omgevingstemperatuur.
1.5.3 Luchtsnelheid en -richting Luchtstromingen (bijvoorbeeld wind bij openlucht installaties) beïnvloedt de temperatuur van de te onderzoeken componenten van het meetobject. Met hoge luchtsnelheden is de temperatuur van componenten (bij gelijke belasting) lager dan bij lage luchtsnelheden. Bij hoge luchtsnelheden is namelijk de warmteoverdracht door convectie groot. De richting van de luchtstroming is ook van belang, omdat afhankelijk van de windrichting meer of minder warmte kan worden overgedragen aan de omgeving. Bij het openen van deuren van de installatie dient rekening gehouden te worden met een luchtstroom verandering en beïnvloedt daardoor ook de temperatuur van de componenten.
1.5.4 Zon Bij openlucht installaties worden de componenten naast de nominale belasting ook door de zon verwarmd. Daarnaast kan de straling van de zon ook gereflecteerd worden door oppervlakken met een kleine emissiegraad.
1.5.5 Hemelstraling Tijdens metingen aan openlucht installaties heeft de hemelstraling invloed op de meetresultaten. Op een bewolkte dag worden hogere temperaturen gemeten van het meetobject, dan op een heldere dag.
5
1.5.6 Storende bronnen in de nabijheid Zoals eerder vermeld in de paragraaf over reflectie, kunnen storende bronnen in de nabijheid een meetfout genereren tijdens de infraroodmeting. Vooral bij storende bronnen die qua temperatuur veel afwijken van de temperatuur van het te meten object, wordt de meetfout groot. Evenals bij situaties waarbij het materiaal en oppervlak glanzend en glad zijn en dus de emissiegraad laag is, leveren storende reflecties een grote meetfout op. Om dit tegen te gaan is het mogelijk om met thermische doeken het meetobject af te schermen van deze storende reflecties en bronnen in de nabijheid. De hoek waaronder gemeten wordt, is bepalend voor wat er in het meetobject reflecteert. Om het gebruik van thermische doeken uit te sluiten, kan een standpunt gekozen worden waarbij er geen storende reflecties optreden.
1.5.7 Magneetvelden Wanneer er thermografisch onderzoek gedaan wordt in ruimtes met hoge elektro magnetische velden, kan dat de werking van de warmtebeeldcamera beïnvloeden. Hoge magneetvelden treft u bijvoorbeeld aan in de nabijheid van installaties waar grote elektrische stromen doorheen lopen. De storing kan verminderd of zelfs teniet gedaan worden door afstand te nemen van deze installaties. Let goed op of de warmtebeeldcamera’s tegen deze straling bestand zijn. Verschillende types warmtebeeldcamera’s zijn getest of zij in magneetvelden goed te blijven functioneren. Hiervoor zijn certificaten afgegeven genoemd “EC declaration of conformity”, waarin verschillende normeringen worden gebruikt om te bepalen of de warmtebeeldcamera voldoet.
1.6
Inzetmogelijkheden en –grenzen bij elektrische installaties
Bij thermografisch onderzoek dient het meetobject vrij van zichtbelemmering te zijn. Dat betekent dat vanaf de warmtebeeldcamera tot het te meten oppervlak geen obstakels het vrije zicht belemmeren. Een infraroodmeting is immers een oppervlaktemeting. In enkele gevallen kunnen kan de temperatuur van de behuizing al verraden wat er zich onder het oppervlak afspeelt. Wanneer behuizingen en afdekkingen verwijderd moeten worden om het vrije zicht te creëren die de infraroodmeting vereist, dan dienen alle veiligheidsvoorschriften nageleefd te worden. Hiervoor dient met rekening te houden met de bevoegdheden van de thermograaf. In dit geval dient hij tevens gecertificeerd te zijn met betrekking tot de norm NEN 1010, NEN 3140 voor laagspanning en/of NEN 3840 voor midden- en hoogspanningsinstallaties. Daarnaast is ook eventueel de NEN-EN-IEC 61439 van kracht bij schakel- en verdeelinrichtingen. Overkoepelend 6
zijn er nog een aantal normen, zoals de Europese ATEX-, EMC- en Machinerichtlijnen, die in acht genomen dienen te worden. Om toch te kunnen meten zonder behuizingen en afdekkingen te verwijderen of deuren te openen, kan ervoor gekozen worden om speciale infraroodglazen te plaatsen. Dit zijn kijkglazen gemaakt van Silicium of Germanium materiaal. Dit materiaal heeft de eigenschap om infraroodstraling door te laten. Hierdoor kan zonder deuren te openen of behuizingen te verwijderen de installatie geïnspecteerd worden.
7
2. Speciale vereisten diagnose procedure 2.1
Voorwaarden voor opleiding
De persoon die het thermografisch onderzoek doet aan elektrische installaties dient een elektrotechneut te zijn. Deze persoon kan op basis van zijn vakkennis, ervaring en kennis van regelgeving, op een juiste manier installaties beoordelen en gevaren herkennen. Aanvullende vakkennis met betrekking tot machine en installatiebouw kunnen de analyse en beoordeling bevorderen. Een aanvullende Level 1 en 2 opleiding op het gebied van thermografie wordt aangeraden, waarbij de synergiën tussen infraroodtechniek en elektrotechniek ten volste worden benut.
2.2
Benodigde meetinstrumenten
Naast een warmtebeeldcamera zijn er andere meetinstrumenten noodzakelijk om de omgevingscondities, die de infraroodmeting beïnvloeden, te bepalen.
Stroomtang
Thermometer
Anemometer
Vochtmeter
Afstandsmeter
2.3
Randvoorwaarden
2.3.1 Thermisch evenwicht Om een object periodiek te kunnen inspecteren en temperaturen te kunnen vergelijken, dient het meetobject tijdens het thermografisch onderzoek in thermisch evenwicht te zijn of in een stationaire toestand bevinden. Grotere componenten kunnen ten opzichte van kleine componenten een langere tijd nodig hebben om op temperatuur te komen. Hiermee dient rekening gehouden te worden met het verkrijgen van een thermisch evenwicht. De omgeving speelt wederom een rol. Klimaat en luchtsystemen hebben invloed op de temperatuur van de te meten componenten. Houd rekening met het in- en uitschakelen van deze systemen. Tevens zijn geopende schakelkasten gevoelig voor klimaat- en luchtconditionering en zullen temperaturen veranderen.
8
2.3.2 Stroombelasting De grootste temperatuurverandering aan het oppervlak van elektrotechnische componenten treedt op bij belasting van deze componenten met stroom. Om deze elektrotechnische installaties te kunnen onderzoeken, dienen zij belast te worden onder normale omstandigheden. Tussen stroombelasting en temperatuur bestaat een kwadratisch verband. Daaruit volgt dat bij normale stroombelasting er een zeer geringe temperatuurverhoging plaats vind (dat betekent niet dat er niets aan de hand kan zijn). Maar als componenten zeer verouderd zijn, kan zelfs een geringe belasting een hoge temperatuurtoename veroorzaken. In dit geval wordt er gesproken over een zogenaamde “Hotspot”. Om een juiste conclusie te kunnen trekken aan de hand van deze hotspots, is het erg belangrijk om op de hoogte te zijn van de werking van de installatie. Wat zijn de toelaatbare temperaturen en hoe wordt de installatie daadwerkelijk belast?
2.3.3 Thermisch effect van harmonischen Aan extreme temperatuurtoenamen van elektrische componenten kunnen harmonischen ten grondslag liggen. Het storingseffect van dit probleem uit zich op de volgende manieren:
Overbelasting van de nul-leider
Onverwachts uitschakelen van beveiligingstoestellen
Overbelasting van kabels en leidingen (skin-effect)
Overbelasting van transformatoren (de-raten)
Overbelasting van condensatoren
Extra verwarming van motoren (wervelstroom) en draaiveld invloed
Resonantie in het net
Ook inter- en subharmonischen veroorzaken een temperatuurverhoging. Treden er derde harmonischen op, dan kan er hoge stroombelasting optreden in de fases. Om de specifieke oorzaak te achterhalen, dient extra onderzoek uitgevoerd te worden, zoals bijvoorbeeld een netkwaliteitsanalyse.
2.3.4 EMC storingen Elektro magnetische compatibiliteit kan ook een oorzaak zijn van thermische afwijkingen. De warmtebeeldcamera wordt mogelijkerwijs verstoord en beïnvloedt de temperaturen nadelig. In paragraaf “1.5.7 Magneetvelden” wordt beschreven hoe met elektromagnetisme dient worden omgegaan.
9
2.3.5 Veiligheidsmaatregelen Bij thermografisch onderzoek aan elektrische installaties zijn dezelfde veiligheidseisen van kracht als bij iedere andere toepassing op het gebied van onderhoud. Daarnaast zijn de veiligheidsmaatregelen voor het werken aan elektrische installaties in de normen NEN 1010, NEN 3140 en NEN 3840 opgenomen. Hierin wordt bijvoorbeeld aandacht geschonken aan werkwijzen en persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM).
10
3. Invoeren van meetprocedure 3.1
Toepassingsgebied van de diagnoseprocedure
3.1.1 Hoogspanningssystemen (> 52 kV) Bij het onderzoeken van hoogspanningssystemen kan thermografie in verschillende gebieden ingezet worden. Bij hoogspanningslijnen kunnen alle verbindingen en isolatoren gecontroleerd worden. Deze objecten zijn altijd ver van de meetpositie verwijderd en daarom niet eenvoudig te meten. In veel gevallen wordt gebruik gemaakt van een helikopter om dichtbij de objecten te kunnen komen. Maar er kan ook overwogen worden om warmtebeeldcamera’s met hoge resolutie en telelenzen te gebruiken. In deze toepassing dient wederom rekening gehouden te worden met de omgevingscondities, zoals omschreven in hoofdstuk 1. Bij onderstations kunnen aansluitingen in schakelapparatuur en transformatoren, railterminals, railverbindingen en contacten van schakelaars en transformatoren onderzocht worden.
3.1.2 Middenspanningssystemen (1 kV tot 52 kV) In het kader van de uitvoering van middenspanningssystemen en hun toegankelijkheid kunnen de installaties in drie categorieën ingedeeld worden: 1
Geopende schakelinrichtingen Geopende schakelinrichtingen zijn voor thermografisch onderzoek relatief eenvoudig toegankelijk.
2
Lucht geïsoleerde, ingesloten schakelinrichtingen Bij lucht geïsoleerde, ingesloten schakelinrichtingen bevinden de installaties en stroomgeleiding in een behuizing. De hoofdstroomleiding is in de meeste gevallen niet direct toegankelijk. Toch zijn deze installaties meestal eenvoudig bereikbaar doordat een deur toegang biedt tot de installaties. Echter mogen de installaties niet meer in bedrijf zijn bij een geopende deur. Na het uitschakelen wordt de deur van de inrichting geopend en kan deze, dankzij de langere tijd die de installaties nodig hebben om af te koelen, nog onderzocht worden op acute zwakke plekken. Om een infraroodmeting te kunnen uitvoeren met gesloten deuren, dienen infrarood-kijkglazen geplaatst te worden.
3
Gas geïsoleerde, ingesloten schakelinrichtingen Bij gas geïsoleerde, ingesloten schakelinrichtingen bevinden de te meten installaties in een met gas gevulde ruimte, die voor thermografisch onderzoek niet toegankelijk is. Men kan zich bij deze installaties alleen beperken tot de kabelaansluitingen. 11
Een ander typische installatie op het gebied van middenspanning zijn transformatoren. Bij thermografisch onderzoek worden de aansluitingen op de middenspannings- en laagspanningszijde onderzocht. In het geval van vaste isolatiestoffen (t.o.v. olie als isolatie), kunnen de kernen en het isolatiemateriaal onderzocht worden. Zelfs bij relatief lage stroombelastingen kunnen, dankzij de nullastverliezen van de transformatorkern, verhoogde temperaturen gemeten worden.
3.1.3 Laagspanningssystemen (< 1 kV) Bij zeer hoge dichtheid van componenten in schakelkasten dient de warmteafvoer toereikend te zijn. In extreme gevallen kan een slechte warmteafvoer tot oververhitting en daarmee tot uitval van de installatie leiden. Moet er meer ruimte gecreëerd worden tussen de componenten, omdat de passieve koeling niet voldoende is, dan kan er gekozen worden voor actieve luchtkoeling. Thermografisch onderzoek is in alle bovengenoemde gevallen van toegevoegde waarde.
Bij het onderzoeken van elektrotechnische installaties met behulp van een infraroodmeting dient de warmtebeeldcamera ingesteld te worden op een emissiegraad tussen de 0,9 en 0,95. Blanke metaaloppervlakken hebben een kleinere emissiegraad en dient er zoveel mogelijk op geverfde of vuile plekken, die een hoge emissiegraad hebben, gemeten te worden. Daarnaast hebben gaten met een diepte / diameter verhouding groter dan 3 de eigenschappen van een black body en daarom een hoge emissiegraad.
De typische meetobjecten in laagspanningssystemen zijn:
Hoofd- en verdeelrailsystemen
Netaansluiting
Leidingen en kabels
Kabeldoorvoeringen
Vermogensschakelaars, frequentieregelaar, etc.
Magneetschakelaars
Contacten
Beveiligingsschakelaars
Relais
PLC’s
Bedrading en kabelbundels
12
3.2
Vastleggen van inspectiecyclus
Elektrische installaties dienen altijd geïnspecteerd te worden na montage, bij inbedrijfstelling, na aanpassingen en uitbreidingen. Bij nieuwe elektrische installaties brengt een thermografisch onderzoek extra zekerheid. Voordat de installatie in bedrijf wordt genomen, kunnen zwakke punten en eventuele defecten al verholpen worden. Deze problemen kunnen zich voordoen door gebreken in het ontwerp, bouw of productie, beschadigingen tijdens transport of door slechte montage.
Periodieke inspecties vergroten de bedrijfszekerheid en verlagen het brandrisico en energieverbruik. De tijdsinterval tussen twee opeenvolgende inspecties kan worden bepaald via een risicoanalyse. Tijdens de risicoanalyse wordt er onder andere gekeken naar de mate van beschikbaarheid, de energie dichtheid, foutfrequentie en invloeden van zware omgevingscondities. Het is echter ook mogelijk dat de tijdsinterval tussen twee opeenvolgende inspecties is vastgesteld in bijvoorbeeld een zakelijke overeenkomst. Enkele voorbeelden:
Voor wat betreft de risicoanalyse geldt dat de tijdsinterval tussen twee oplopende inspecties afhankelijk is van het gebruik en de toestand van de installatie. Door gebruik te maken van de methode zoals beschreven in bijlage V van de NEN 3140 kan de tijdsinterval tussen twee oplopende inspecties komen te liggen op een tijd variërend van 1,5 tot 14 jaar.
Partijen kunnen zijn overeengekomen dat de elektrische installatie periodiek moet worden geïnspecteerd waarbij de tijdsinterval tussen twee opeenvolgende inspecties is vastgesteld en opgenomen in de voorwaarden of clausules. Als in de voorwaarden of clausules geen vastgestelde tijdsinterval is opgenomen, maar verwezen wordt naar de NEN-EN 50110-1 / NEN 3140 dan kan gebruik worden gemaakt van een risicoanalyse.
Een tijdsinterval tussen twee opeenvolgende inspecties kan ook worden vastgesteld door de fabrikanten van elektrisch materieel. In garantievoorwaarden, onderhoudsinstructies of richtlijnen, behorende tot het elektrisch materieel, kunnen hierover eisen zijn opgenomen. Het behoort evenwel tot de mogelijkheden dat een installateur van nieuwe installaties een inspectietermijn aangeeft.
Het zal duidelijk zijn dat de tijdsinterval, waarbij de tijd tussen twee oplopende inspecties het kortst is, moet worden gehanteerd. Hierbij is belangrijk dat degene die belast is met het bepalen van de tijd tussen twee opeenvolgende inspecties op de hoogte is van dit soort overeenkomsten 13
en voorwaarden. Overigens is het wel zo dat voor elk onderdeel van de installatie een afzonderlijk tijdsinterval mag worden vastgesteld.
3.3
Voorwaarden bij de diagnose methodiek
Bij iedere elektrische installatie dienen de stroomschema’s en installatie documenten aanwezig te zijn. Met deze documenten is de onderzoeker altijd op de hoogte hoe de installatie werkt en welke componenten er zich in de installatie bevinden. Daaruit volgend dient de onderzoeker op de hoogte te zijn van de toelaatbare temperaturen van verschillende componenten en materialen. Veel van deze toelaatbare temperaturen worden door de fabrikant van het component opgegeven. Andere materialen zijn opgenomen in de norm NEN 1010. Aan de hand daarvan is in de NPR 8040 een tabel opgenomen, waarbij een grote greep aan deze materialen is opgenomen met bijhorende toelaatbare temperaturen. Om de toelaatbare temperaturen te kunnen toetsen, dient de installatie bij voorkeur te draaien op vollast. Hierdoor worden de temperaturen kritisch en kunnen deze getoetst worden aan de vooraf gestelde eisen. Bij het onderzoeken van een elektrische installatie die op vollast draait, dient logischerwijs rekening gehouden te worden met de veiligheidsvoorschriften die door de wetgevingen worden voorgeschreven.
14
4. Evaluatie en beoordeling Bij de beoordeling van thermische afwijkingen kan er gekeken worden naar absolute- of vergelijkende temperaturen. Om de meetonzekerheid van de absoluut gemeten oppervlakte temperaturen te verkleinen, dient de emissiegraad van het oppervlak bekend te zijn. De beoordeling van de gemeten temperaturen vindt plaats met behulp van de tabel met maximaal toelaatbare temperaturen van componenten en materialen.
In het geval dat de installatie niet op nominale belasting draait, wordt er een verrekening gedaan voor de temperatuurverwarming die bij nominale belasting hoort. Hierdoor zijn de temperaturen alsnog te toetsen met de maximaal toelaatbare temperaturen die in de NPR 8040 zijn vermeld. dT1 = I12 / I22 . dT2
dT1
Verwarming bij nominale belasting I1 (tov omgevingstemperatuur)
I1
Nominale belasting
I2
Operationele belasting op het moment van meting
dT2
Verwarming bij operationele belasting op moment van meting I2 (tov omgevingstemperatuur)
Wanneer elektrische installaties op een lagere belasting werken dan nominaal, dan kan naast een absolute temperatuur een temperatuurvergelijking uitkomst bieden in de beoordeling van de installatie. In de praktijk kunnen de volgende vergelijkende temperatuurmetingen gedaan worden:
Temperatuurvergelijk van componentaansluitingen Het temperatuurverschil tussen de aansluiting aan de bovenzijde en de onderzijde mogen over het algemeen niet hoger zijn dan 5 Kelvin. Denk dan met name aan aansluitingen bij klemstroken, zekeringen en schakelaars.
Temperatuurvergelijk over de kabellengte Wanneer het temperatuurverschil over de kabellengte meer de 5 Kelvin is, dan duidt dat tevens op een thermische afwijking. Hierbij gaat het om de kabel die naar het operationele component gaat of van het component af komt.
Temperatuurvergelijk bij 3-fase componenten De temperatuurverdeling over de 3 fasen dient gelijk te zijn bij juiste symmetrische
15
belasting. Wanneer er een temperatuurverschil van meer dan 5 Kelvin aanwezig is tussen de fasen, dan duidt het op een thermische afwijking.
Klasse ΔT 0 … 5K 1
5 … 15K
2
15 … 30K
3
> 30K
Advies / maatregelen Geen actie vereist Beginnend defect – documenteren. Prioriteit bij eerstvolgende geplande onderhoudsbeurt. Ver gevorderd defect, hoog risico – documenteren. Repareren / vervangen bij eerstvolgende shut-down (< 1 maand). Acuut defect, hoogste risico niveau. Onmiddellijk repareren / vervangen.
Als een thermische afwijking geconstateerd is, die na onderzoek tevens een defect blijkt te zijn, dan dienen maatregelen doorgevoerd te worden die het probleem verhelpen. Afhankelijk van de ernst van het defect en de kans dat het tot uitval van het systeem of zelfs tot brand leidt, wordt bepaald op welke termijn het defect wordt verholpen. De thermische afwijkingen zijn in te delen in zogenaamde foutklassen. In Duitsland hanteert men een foutklassering met 4 niveaus (tabel 1) voor vergelijkende temperatuurmetingen, zoals vermeld in bovenstaande voorbeelden.
Operationele componenten kunnen niet van binnen onderzocht worden met een thermografisch onderzoek. Aan de buitenkant zijn een aantal oorzaken wel zichtbaar:
Oxidatie van contactpunten
Contact erosie door vlambogen
Gereduceerde contactwerking
Vervuiling van contacten
Verhoogde stroombelasting
Bij de aansluitingen van componenten zijn ook oorzaken toe te wijzen:
Onjuist uitgevoerde schroef- en stekker verbindingen bij aansluitingen
Defecte kabelschoenen of draadeindhulzen op de aansluitkabels
Onjuiste of beschadigde contactdozen bij aansluitkabels
Oxidatie of veroudering van de verbindingen bij aansluitingen
Componenten en verbindingen met defecten dienen vervangen te worden. Bij toegankelijke componenten, zoals schroefklemmen en nieuwe verbindingen, is reiniging veelal voldoende. Bij beschadiging aan kabelschoenen, contactdozen, draadeindhulzen en isolatiemateriaal, is de temperatuur te hoog geweest en dient het component vervangen te worden.
16
5. Samenvatting Zowel bij laag-, midden-, als hoogspanningssystemen kan thermografie worden ingezet als meetmethodiek voor onderhoud. Toegankelijkheid van de componenten en daarbij veiligheid van de thermograaf spelen een grote rol. De thermograaf dient daarom op de hoogte te zijn van de verschillende normeringen, zoals de NEN 1010, NEN 3140 voor laagspanning en/of NEN 3840 voor midden- en hoogspanningsinstallaties. Daarnaast is ook eventueel de NEN-EN-IEC 61439 van kracht bij schakel- en verdeelinrichtingen. Overkoepelend zijn er nog een aantal normen, zoals de Europese ATEX-, EMC- en Machinerichtlijnen, die in acht genomen dienen te worden.
Er zijn vier verschillende soorten infraroodmetingen te verrichten bij elektrische installaties, waaronder ontwerp/inbedrijfstelling, inspectie, toestand afhankelijk en storingsanalyse. Bij al deze metingen is het belangrijk om inzichtelijk te maken welke factoren de meting beïnvloeden. Dat zijn factoren die materiaalafhankelijk zijn of beperkingen van de meettechniek, maar ook omgevingscondities hebben een grote invloed op het te inspecteren object. Het juist documenteren van al deze invloeden is belangrijk voor de uiteindelijke evaluatie en beoordeling van de installatie. Op basis daarvan kunnen juiste conclusies worden getrokken uit absolute- en vergelijkende temperatuurmetingen met behulp van voorgeschreven maximaal toelaatbare temperaturen (NPR 8040) en een gedegen foutklassering.
Als een thermische afwijking geconstateerd is, die na onderzoek tevens een defect blijkt te zijn, dan dienen maatregelen doorgevoerd te worden die het probleem verhelpen. Afhankelijk van de ernst van het defect en de kans dat het tot uitval van het systeem of zelfs tot brand leidt, wordt bepaald op welke termijn het defect wordt verholpen. De thermische afwijkingen zijn in te delen in zogenaamde foutklassen die door het bedrijf zelf ingedeeld kunnen worden. In de NPR 8040 wordt verwezen naar maatregelen bij verschillende gradaties van temperatuurverhoging.
17
