Od codziennych urządzeń elektrycznych po złożone systemy elektryczne obsługujące przemysłowe maszyny, wszystko opiera się na komponentach oraz bezpiecznym wprowadzeniu energii elektrycznej do systemu, aby działał efektywnie. Awaria komponentów lub niewłaściwie działające systemy elektryczne mogą generować znaczne koszty związane z nadmiernym zużyciem energii, a także stwarzać zagrożenie dla bezpieczeństwa użytkowników.

Regularne testowanie systemów elektrycznych jest zatem kluczowe, zwłaszcza gdy przestoje lub nadmierne koszty eksploatacji mogą być niezwykle kosztowne dla organizacji. Tradycyjne metody testowania komponentów, takie jak multimetry i inne urządzenia pomiarowe, są często skomplikowane w obsłudze i wymagają czasochłonnych procedur. W rezultacie wiele czasu może być marnowane na testowanie komponentów, które są w pełni sprawne, co znowu prowadzi do niepotrzebnych wydatków.

W przeciwieństwie do tego, systemy obrazowania termicznego są szybkie, łatwe w użyciu i wymagają minimalnego wysiłku ze strony użytkownika. Później w tekście omówimy korzyści płynące z użycia tych urządzeń, ale najpierw ważne jest, aby zrozumieć, jak działają kamery termograficzne, zanim przejdziemy do ich zastosowań w monitorowaniu systemów elektrycznych.

Czym jest kamera termowizyjna i jak działa?

Kamera termowizyjna rejestruje intensywność promieniowania w podczerwieni i przekształca je bezpośrednio w widoczny obraz. W praktyce oznacza to, że kamera termograficzna wykrywa światło IR, niewidoczne dla ludzkiego oka, i tworzy obraz ukazujący różnice temperatur w danym środowisku.

Promieniowanie IR wyrażane jest jako ciepło emitowane przez różne obiekty, w tym nasze ciała oraz otaczające nas przedmioty, które nieustannie emitują IR. Kamera termowizyjna potrafi zidentyfikować tę emisję (znaną jako emisyjność) i przedstawiać różnice temperatury w formie obrazu termowizyjnego, nawet w przypadku chłodnych obiektów, takich jak kostki lodu, które również emitują promieniowanie IR.

Kamery termowizyjne wykorzystują energię podczerwieni emitowaną przez obiekty i konwertują ją na obraz. Proces ten odbywa się poprzez skupienie światła podczerwonego za pomocą optyki kamery na detektorze podczerwieni. Obliczone informacje są następnie przesyłane do elektroniki czujnika w celu przetworzenia obrazu, co pozwala na odwzorowanie danych, gdzie każdy piksel reprezentuje pomiar temperatury. W zależności od liczby pikseli, które kamera może wyświetlić, użytkownik uzyskuje dokładne pomiary temperatury w danym obszarze, bez konieczności fizycznego kontaktu z powierzchnią.

Dlaczego warto używać kamery termowizyjne do testów elektrycznych

Kamery termowizyjne oferują wiele korzyści w zastosowaniach elektrycznych. Jako narzędzie do konserwacji prewencyjnej kamery te umożliwiają przeprowadzanie diagnostyki temperatury krytycznych maszyn bez potrzeby korzystania z tradycyjnych termometrów.
Oprócz tego, kamery termowizyjne charakteryzują się prostym w obsłudze interfejsem, oferują pełne obrazy testowanego obszaru, szybka i prosta diagnostyka problemów, dokładne pomiary temperatury, możliwość przechowywania obrazów i filmów, a także obliczenie potrzebnych napraw bez konieczności przeprowadzania szczegółowych testów, co pozwala zaoszczędzić czas i pieniądze, eliminując zbędne procedury testowe.

Obrazy pokazane poniżej ilustrują, jak problemy elektryczne mogą zostać wykryte za pomocą kamery termowizyjnej:

Pomiary w panelach elektrycznych

Aby przeprowadzić testy wewnątrz paneli elektrycznych bez konieczności wyłączania systemu, z powodzeniem można wykorzystać kamery termowizyjne, które w połączeniu z oknami podczerwieni umożliwiają dokonanie pomiarów bez otwierania paneli.

Znacznie poprawia to proces testowania, ponieważ panel może być testowany, gdy jest aktywny. Gdyby system został wyłączony, problemy z przepływem energii elektrycznej mogłyby pozostać niezauważone. Dlatego wiele dużych firm wprowadza ten system jako część swoich rutynowych konserwacji.

W sytuacjach, w których okno podczerwieni nie jest możliwym rozwiązaniem, kamera termowizyjna nadal może ocenić komponenty wewnętrzne panelu elektrycznego po jego bezpiecznym wyłączeniu i otwarciu. Jeżeli w komponentach występują problemy, uszkodzone elementy będą prawdopodobnie emitować nadmiar ciepła, które kamera termalna jest w stanie zidentyfikować, ukazując problem jako gorący punkt na obrazie.

Kamery termowizyjne monitorują linie napowietrzne w Delhi Metro

Każdego dnia miliony pasażerów korzystają z metra w Delhi. Delhi Metro Rail Corporation (DMRC) dba o to, aby wszyscy pasażerowie docierali na swoje miejsca przeznaczenia na czas. Podejście skoncentrowane na trosce o klientów to właśnie to, czym DMRC się wyróżnia. Aby utrzymać sieć metra w pełnej sprawności przez cały czas, DMRC wykorzystuje kamery termowizyjne FLIR.
Delhi Metro to system szybkiej kolei miejskiej, który obsługuje Delhi, Gurgaon, Noidę i Ghaziabad w Narodowym Regionie Stołecznym Delhi. Sieć składa się z sześciu linii o łącznej długości 189,63 km, z 142 stacjami, z czego 35 to stacje podziemne. W skład sieci wchodzą linie naziemne i podziemne, a tabor metra jest dostosowany do zarówno szerokotorowych, jak i standardowych torów. Delhi Metro buduje i obsługuje Delhi Metro Rail Corporation Limited (DMRC). Metro obsługuje średnio 1,8 miliona pasażerów dziennie, a DMRC wykonuje około 2700 kursów dziennie między 6:00 a 23:00, z częstotliwością 2 minut i 30 sekund w godzinach szczytu.

Predykcyjne utrzymanie ruchu przy użyciu termowizji

Tak rozbudowana i intensywnie eksploatowana sieć kolejowa wymaga odpowiedniej konserwacji, aby zapobiec jej nadmiernemu zużyciu, co mogłoby powodować poważne zakłócenia dla milionów pasażerów. Z tego powodu zespoły utrzymania ruchu już wcześniej wykorzystywały kamery termowizyjne jako część programu konserwacji predykcyjnej.

Zasadniczo wszystkie urządzenia elektroniczne i komponenty zaczynają się nagrzewać przed awarią. Takie potencjalne problemy są wyraźnie widoczne na obrazie termicznym. Wykrywając wzrost temperatury na wczesnym etapie za pomocą kamer termowizyjnych FLIR, zespoły utrzymania ruchu mogą planować naprawy i zapobiegać kosztownym awariom oraz przestojom. W tym celu wszystkie elementy sieci kolejowej są regularnie sprawdzane przez zespoły konserwacyjne przy użyciu kamery termowizyjnej FLIR E50. Te okresowe inspekcje odgrywają kluczową rolę w programie prewencyjnego utrzymania ruchu DMRC.

Instalacja kamery termowizyjnej

Kiedy niedawno wystąpiły problemy w sieci metra, powodujące duże opóźnienia, DMRC podejrzewało, że przyczyną były izolatory sekcyjne. W związku z tym zespół konserwacyjny DMRC zainstalował jedną z kamer termowizyjnych FLIR E50 w obudowie ochronnej o klasie szczelności IP66 z germanowym oknem podczerwonym, aby monitorować problematyczny odcinek przez cały dzień roboczy.

Dzięki zabezpieczeniu przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi kamera termowizyjna FLIR E50 mogła bezpiecznie rejestrować promieniowanie podczerwone emitowane przez izolatory sekcyjne i generować obrazy termowizyjne, w których każdy piksel odpowiadał pomiarowi temperatury bez kontaktu fizycznego.

Analogowe wyjście wideo kamery termowizyjnej FLIR E50 zostało połączone z rejestratorem cyfrowym (DVR) o pojemności jednego terabajta, aby nagrywać dane. Po godzinie monitorowania izolatorów system zapisywał plik wideo. Te godzinne nagrania zostały wykorzystane do korelacji tymczasowych wzrostów temperatury z porą dnia, obciążeniem sieci i innymi czynnikami w celu określenia przyczyny problemu

Wnioski z analizy danych termowizyjnych

Instalacja obudowy ochronnej z kamerą termowizyjną i rejestratorem DVR została przeprowadzona przez dystrybutora produktów FLIR – firmę M/s NNK International – oraz personel DMRC. Prace montażowe odbyły się w nocy, aby nie zakłócać funkcjonowania metra.

Testy przeprowadzono w miejscach, gdzie problemy były najbardziej nasilone, a wyniki rejestrowano w momentach, gdy pantograf przechodził przez izolatory sekcyjne. Obserwacje wykazały, że na degradację izolatorów istotnie wpływały takie czynniki jak obciążenie systemu i warunki środowiskowe.

Aby lepiej zidentyfikować problem, kamera termowizyjna była używana do monitorowania momentów, w których temperatura izolatorów sekcyjnych przekraczała wcześniej ustalony próg.

Szczegółowa analiza danych termowizyjnych pozwoliła DMRC podjąć odpowiednie działania naprawcze. Informacje uzyskane dzięki obrazowaniu termicznemu pomogły również sprawdzić nadmiarowość systemu w różnych warunkach pogodowych i przy różnych poziomach obciążenia, co przyczyniło się do poprawy jakości usług dla pasażerów.

Czym jest izolator sekcyjny?

Izolatory sekcyjne są stosowane w napowietrznych systemach trakcyjnych (strukturach sieci trakcyjnej) kolei w celu elektrycznej izolacji i separacji poszczególnych odcinków na czas prac konserwacyjnych, bez konieczności wyłączania całego systemu.

System napowietrzny jest podzielony na elektrycznie oddzielone segmenty, zwane sekcjami. Izolatory sekcyjne są również szeroko wykorzystywane w punktach zmiany zasilania i mogą być stosowane do izolowania sekcji zasilanych z różnych podstacji energetycznych.