Termowizja w badaniach urządzeń i budynków

Najpopularniejszym sposobem wykrywania uszkodzeń urządzeń elektroenergetycznych jest wykorzystanie badań termowizyjnych, które stanowią ok. 70% wykonywanych pomiarów. Obraz termowizyjny umożliwia wykrywanie usterek, których nie widać gołym okiem. Wykrycie elementu przegrzanego i prawidłowa klasyfikacja zagrożenia zależna od obciążenia prądowego i przyrostu temperatury – to typowe zadania kontroli termograficznej. Warto zwrócić uwagę na fakt, że krajowe firmy, które są ubezpieczane w zachodnich korporacjach ubezpieczeniowych, muszą minimum raz do roku wykazać się termowizyjnym przeglądem swoich instalacji elektrycznych na dowód bezpieczeństwa przeciwpożarowego.

Metoda termograficzna jest niezastąpiona przy znajdowaniu błędów wykonawczych w budownictwie. Na podstawie obliczeń nie ma możliwości stwierdzenia występowania wad technologicznych, np. miejscowego braku przewidzianej projektem warstwy termoizolacyjnej. Odkrywki są natomiast pracochłonne, uszkadzają elementy budowlane i przede wszystkim nie obejmują całości budynku. Termowizja jest metodą nieniszczącą i dającą natychmiastowy wynik, dlatego ma bardzo szerokie zastosowanie w ekspertyzach dotyczących ochrony cieplnej budynku, ocenie stanu technicznego elementów konstrukcyjnych oraz do odbioru prac dociepleniowych.

Termografia

Termografia, zwana potocznie termowizją, opiera się na detekcji i rejestracji promieniowania podczerwonego emitowanego przez obiekty, których temperatura jest wyższa od zera bezwzględnego i przekształceniu tego promieniowania na światło widzialne. Otrzymany obraz termiczny jest odwzorowaniem pola temperaturowego na powierzchni badanego obiektu. Badania takie możemy wykonywać za pomocą specjalnych urządzeń, zwanych kamerami termowizyjnymi. Kamera termowizyjna jest urządzeniem służącym do bezkontaktowego zobrazowania rozkładu temperatury na obserwowanej powierzchni w oparciu o pomiar mocy promieniowania podczerwonego emitowanego przez poszczególne elementy tej powierzchni. Dzięki temu możliwe jest uwidocznienie kierunków przepływu ciepła, szybki przegląd dużych powierzchni, znalezienie punktowego źródła ciepła. Po skierowaniu kamery na jakiś obiekt, podzespół, część instalacji, budynek, linię technologiczną czy energetyczną linię przesyłową, na ciekłokrystalicznym wyświetlaczu ukazuje się obraz odwzorowujący promieniowanie obiektu w podczerwieni.

Wyniki takich badań otrzymujemy w postaci barwnych obrazów, zwanych termogramami. Każdej barwie zarejestrowanej na termogramie odpowiada na skali temperatur określona wartość zarejestrowana przez kamerę termowizyjną. Z reguły barwami jasnymi oznacza się powierzchnie o wysokiej temperaturze, natomiast kolorami ciemniejszymi – powierzchnie o temperaturze niższej. Ponadto, do analizy zarejestrowanych obrazów termicznych wykorzystuje się specjalistyczne programy komputerowe, które umożliwiają precyzyjne określenie temperatury w wyznaczonym miejscu. Porównując termogramy wykonane w różnym czasie lub na różnych obiektach, łatwo wyłowić tendencje i różnice, dzięki określeniu pola temperatury na powierzchni badanego obiektu.

Pomiary termowizyjne w instalacjach elektrycznych

Prawidłowo pracujące złącze elektryczne nie powinno wykazywać temperatur wyższych od temperatur łączonych elementów. Jednak na skutek długotrwałego przepływu prądu o dużym natężeniu i pod wpływem zmęczenia materiału czy korozji powierzchni styków zachodzi stopniowe pogorszenie się stanu złącz. Technika termowizyjna wykorzystuje efekt wzrostu temperatury złącza prądowego proporcjonalny do rezystancji złącza oraz do wartości przepływającego prądu. Wartość temperatury oraz jej przyrost w odniesieniu do innych elementów układu jest podstawowym kryterium oceny w metodzie pomiaru termowizyjnego.

W różnych krajach wymagania dotyczące stopnia obciążenia instalacji podczas badania termowizyjnego są różne. W Polsce jako minimalną wartość przyjęto 40% obciążenia znamionowego badanego toru prądowego. Jednak zarówno w krajach zachodnich, jak i w kryteriach oceny wyników pomiarów, opracowanych w krajowych zakładach elektroenergetycznych, dopuszcza się 30% obciążenie. Przy czym prędkość przepływu powietrza nie może przekraczać 4 m/s. Zapewnienie odpowiednio dużego obciążenia prądowego badanych elementów zwiększa dokładność pomiarów i pozwala na wiarygodną ocenę ich wyników. Praktyka wykazuje jednak, że pomiary powinno się wykonać nawet wtedy, gdy obciążenie jest niskie. Niewykrycie wad nie zmieni wiedzy o instalacji, natomiast ich wykrycie uwidoczni rangę zagrożenia.

Termowizyjne oględziny jednego toru prądowego trwają bardzo krótko. Jednoczesna obserwacja znacznego obszaru, a przy tym wysoka rozdzielczość, umożliwiająca wykrycie małych gradientów temperatury na poziomie nawet 0,05°C powoduje, że pominięcie ewidentnej wady jest bardzo mało prawdopodobne. Ocena zmierzonej wartości temperatury połączeń prądowych zależy od przyrostu temperatury zacisku względem temperatury przyłączonych przewodów oraz od warunków pomiaru: temperatury otoczenia, prędkości przepływu powietrza czy wartości prądu obciążenia. Wykrywanie wadliwych połączeń w instalacjach elektroenergetycznych rozkłada się na dwa etapy. W pierwszym wykrywa się połączenia o podwyższonej temperaturze, a następnie, już z bliskiej lecz bezpiecznej odległości, dokonuje się pomiaru temperatury podejrzanego elementu. Po dokonaniu pomiaru otrzymany termogram rejestruje się w wewnętrznej pamięci urządzenia. Przy wykonywaniu termogramu zwraca się uwagę na odpowiednie wyeksponowanie przegrzanego elementu, tak aby w polu widzenia były również inne elementy o normalnej temperaturze pracy.

Wykrywanie wad w budynkach

Istotnymi warunkami przy prowadzeniu pomiarów termowizyjnych obiektów budowlanych jest mała siła wiatru, gdyż w przeciwnym razie zjawisko konwekcji może spowodować przekłamanie przy pomiarze temperatury danego budynku. Kolejnym istotnym parametrem jest słabe nasłonecznienie oraz szczególnie istotna przy audycie w budownictwie, różnica temperatur obiektu budowlanego rzędu 10–20°C. Badania powinny być opracowane zgodnie z wytycznymi normy PN-EN 13187 Właściwości cieplne budynków – jakościowa detekcja wad cieplnych w obudowie budynku. Metoda podczerwieni. W normie tej opisano jakościową metodę wykrywania wad cieplnych budynków metodami termograficznymi oraz wstępnej identyfikacji wielu rodzajów właściwości cieplnych, łącznie ze szczelnością na przenikanie powietrza komponentów stanowiących zewnętrzne obudowy budynków. Współczesna kamera termowizyjna jest urządzeniem umożliwiającym uzyskanie obrazu w zakresie promieniowania podczerwonego (cieplnego) fragmentów lub całych przegród. Badanie za pomocą sprzętu termowizyjnego polega na pomiarze energii elektromagnetycznej, którą przekazuje badany budynek. Za pomocą termografii można wykrywać wady izolacji termicznej przegród, mostki termiczne (miejsca w przegrodzie zewnętrznej, które charakteryzują się zmniejszonym oporem cieplnym względem całości przegrody) oraz nieszczelności powodujące ucieczkę ciepła w wyniku zintensyfikowanej wentylacji. Zdjęcia termograficzne pozwalają określić wartość temperatury na podstawie zarejestrowanego termogramu powierzchni, w niektórych przypadkach ocenić stopień zawilgocenia izolacji termicznej oraz oszacować jakość tej izolacji. Interpretacja termogramu, na którym występują różnorodne materiały budowlane, wymaga korekcji temperatur, wynikającej z uwzględnienia różnic emisyjności. Przy pewnych materiałach, o skrajnych zdolnościach wypromieniowania ciepła, pominięcie korekty prowadzi do niedopuszczalnych błędów. Badań termowizyjnych nie można w sposób bezpośredni wykorzystać do dokładnego określania współczynnika przenikania ciepła ze względu na nieustabilizowane warunki meteorologiczne.

Obszar zastosowań kamer termowizyjnych nieustannie się rozszerza i dawno już wykroczył poza zakres związany bezpośrednio z problemami termoizolacji, zyskując uznanie również w diagnostyce medycznej, badaniach ekologicznych, elektronice, kontroli jakości czy w ratownictwie.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!