НОРМЫ ТЕПЛОВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Предложения по корректировке

Роман Арбузов, к.т.н., директор
Александр Овсянников, д.т.н., профессор, главный инженер
Филиал ОАО «ФСК ЕЭС» – НСПБ электросетьсервиса, г. Новосибирск

Начальные стадии развития дефектов электрооборудования обычно проявляются в виде локальных нагревов. Поэтому тепловизионный контроль является одним из наиболее эффективных методов диагностирования.
Роман Сергеевич Арбузов и Александр Георгиевич Овсянников на основе многолетнего опыта обследования оборудования подстанций и линий электропередачи, а также анализа некоторых экспериментальных данных предлагают внести дополнения и изменения в Приложение 3 руководящего документа «Объем и нормы испытаний электрооборудования» [1]. (В статье упомянуты только те пункты РД, которые, по мнению авторов, требуют корректировки). К предложениям новосибирских специалистов наши читатели могут добавить свои поправки, которые редакция готова опубликовать. Надеемся, что все обоснованные и рациональные предложения найдут отражение в новой редакции документа.

Главное преимущество инфракрасного (ИК) контроля – дистанционное определение температуры, позволяющее обследовать оборудование в процессе его обычной работы, т.е. без отключения и на безопасном расстоянии. Вместе с тем метод основан на измерении так называемой «излучательной» температуры, и потому является косвенным. Более того, ряд факторов может значительно исказить результаты измерений даже этой температуры. Наконец, самый главный этап, интерпретация ИК-изображений и оценка опасности обнаруженных дефектов, базируется на нормированных изменениях температуры.
Именно поэтому нормы РД «Объем и нормы испытаний электрооборудования» требуют самого тщательного обоснования и совершенствования по мере накопления новых экспериментальных данных.

ПУНКТ 1.1

РД: «При тепловизионном контроле электрооборудования и ВЛ следует применять тепловизоры с разрешающей способностью не хуже 0,1^OС, предпочтительно со спектральным диапазоном 8–12 mм».
1. Нам известны случаи, когда организации приобретали тепловизоры, предназначенные только для наблюдения изображения в ИК-спектре без возможности измерений излучательной температуры. Поэтому первый абзац надо изложить в следующей редакции: «При тепловизионном контроле электрооборудования и ВЛ следует применять тепловизоры, снабженные радиометрическим каналом измерения температуры с разрешающей способностью не хуже 0,1^OС, предпочтительно со спектральным диапазоном 7–14 mм».
2. Результаты измерений принципиально зависят от выбора коэффициента излучательной способности контролируемого объекта. Поэтому предлагается в конце пункта ввести еще один абзац в следующей редакции: «При работе с тепловизором и пирометром должно обращаться внимание на правильность выбора коэффициента излучательной способности контролируемого объекта».

ПУНКТ 1.4

РД: «Пересчет превышения измеренного значения температуры к нормированному осуществляется исходя из соотношения:

где DТ_ном – превышение температуры при I_ном; DТ_раб – то же при I_раб. Тепловизионный контроль электрооборудования и токоведущих частей при токах нагрузки 0,3I_ном и ниже не способствует выявлению дефектов на ранней стадии их развития».

Замечание касается рекомендаций правила пересчета температуры контактного соединения (КС) с использованием квадратичной зависимости от величины тока. В большинстве практических случаев измерения превышения температуры проводятся при токах меньше номинальных. Понятно, что при линейности вольт-амперной характеристики КС выделяемая в нем мощность пропорциональна квадрату тока. Однако при этом возрастают потери тепла на излучение и конвекцию. В общем случае изменение температуры КС можно определить по выражению:

где Т, с, m – средняя температура, удельная теплоемкость и масса КС;
t – время;
P_J и P_S – мощности нагрева от протекающего тока (Джоулевы потери) и солнечного излучения;
P_C и P_R – потери тепла, связанные с конвекцией и излучением.
В соответствии с (1) зависимость от тока должна отличаться от рекомендуемой к пересчету. Согласно зарубежным [2, 3] и собственным данным, полученным при стендовых испытаниях, пересчет должен проводиться по линейной зависимости. Поэтому формулу для пересчета следует дать в следующей редакции:

ПУНКТ 1.5

РД: «Для контактов и болтовых КС при токах нагрузки (0,3–0,6)I_ном оценка их состояния проводится по избыточной температуре. В качестве норматива используется значение температуры, пересчитанное на 0,5I_ном. Для пересчета используется соотношение:

где DТ_0,5 – избыточная температура при токе нагрузки 0,5I_ном».

Исходя из тех же соображений, предлагаем формулу пересчета заменить на следующую:

ПУНКТ 1.8

РД: «Принимается следующая периодичность проведения тепловизионного контроля. <…>
Воздушные линии электропередачи – проверка всех видов контактных соединений проводов:

• вновь вводимые в эксплуатацию ВЛ – в первый год ввода их в эксплуатацию;
• ВЛ, находящиеся в эксплуатации 25 лет и более, при отбраковке 5% контактных соединений – ежегодно, при отбраковке менее 5% контактных соединений – не реже 1 раза в 3 года;
• ВЛ, работающие с предельными токовыми нагрузками, или питающие ответственных потребителей, или работающие в условиях повышенных загрязнений атмосферы, больших ветровых и гололедных нагрузках, – ежегодно;
• остальные ВЛ – не реже 1 раза в 6 лет».

И российский, и зарубежный опыт говорит о том, что дефектные обжимные КС в большинстве случаев не могут быть выявлены тепловизионным методом [2, 3]. Дело в том, что наиболее распространенным дефектом в обжимных КС является окисление сопрягающихся алюминиевых поверхностей соединителя и верхнего повива провода. При этом ток вытесняется в стальной сердечник и переходит в алюминиевую часть провода на некотором расстоянии от КС. Один из таких примеров можно увидеть на рис. 1: перегрев в 7,7^OС имеет место в проводе на некотором расстоянии от обжимного КС, потерявшего контакт по алюминию.
Исходя из сказанного, в абзаце, касающемся ВЛ, предлагается ввести следующее ограничение: «Воздушные линии электропередачи – проверка всех видов контактных соединений проводов, за исключением обжимных».

ПУНКТ 5.1

РД: «Внутренняя изоляция обмоток.
Измеряются температуры нагрева поверхностей фарфоровых покрышек трансформаторов тока (ТТ), которые не должны иметь локальных нагревов, а значения температуры, измеренные в аналогичных зонах покрышек трех фаз, не должны отличаться между собой более чем на 0,3^OС».

ИК-контроль измерительных трансформаторов тока в большинстве случаев показывает, что температура в отдельных частях контролируемой фазы отличается от соседних фаз на 0,3^OС и более, хотя испытания другими методами не подтверждают наличия дефектов оборудования. Поэтому предлагается изменить норму до 1 ^OС.

ПУНКТ 6

РД: «Электромагнитные трансформаторы напряжения. Измеряются температуры нагрева на поверхности фарфоровых покрышек. Значения температуры, измеренные в одинаковых зонах покрышек трех фаз, не должны отличаться между собой более чем на 0,3 ^OС».

Судя по нашему опыту одним из типичных дефектов в ТН является снижение уровня масла в фарфоровой покрышке. Этот вид дефекта проявляется в виде перепада температуры по высоте конструкции (рис. 2). Поэтому первое предложение п. 6 предлагается дополнить и изложить в следующей редакции: «Измеряются температуры нагрева поверхностей фарфоровых покрышек. Они не должны иметь резкого изменения температуры или локальных нагревов по высоте по сравнению с элементами ТН других фаз».
Как правило, перегревы до одного градуса не связаны с появлением опасных дефектов. Исходя из нашего опыта перегревы вызваны либо смещениями внутренней конструкции относительно оси фарфоровой покрышки, либо случайными факторами. ТН продолжают успешно работать в течение более 5 лет после первого обнаружения таких дефектов. Поэтому предлагается изменить браковочный критерий до 1^OС.

ПУНКТ 8

РД: «Разъединители и отделители <…>».

При тепловизионном контроле разъединителей и отделителей встречаются два типа дефектов опорно-стержневых изоляторов: повышенное внутреннее увлажнение фарфора (рис. 3) и продольные раскрытые трещины. Поэтому предлагается ввести в данный раздел п. 8.4 в следующей редакции.
«8.4. Опорные изоляторы.
По высоте фарфора не должно быть локальных нагревов относительно аналогичных элементов конструкции. Тепловизионный контроль изоляторов рекомендуется проводить при повышенной влажности воздуха».

ПУНКТ 12.4

РД: «Элементы конденсаторов связи и делительных конденсаторов.
При выявлении локальных нагревов в элементах конденсаторов производится внеочередной контроль состояния их изоляции».

Конденсаторы связи выполнены с большим запасом по электрической прочности. Поэтому вполне справедливо в п. 12.4 рекомендуется производить внеочередной контроль состояния их изоляции при обнаружении локальных нагревов. Вместе с тем не дается критерий, по которому надо производить это действие. Наш опыт говорит о том, что перегревы до двух градусов не представляют опасности и конденсатор может эксплуатироваться до очередной плановой проверки состояния изоляции. Поэтому предлагается изложить данный пункт в следующей редакции:
«Поверхности фарфоровых покрышек конденсаторов связи не должны иметь резкого изменения температуры или локальных нагревов по высоте по сравнению с аналогичными элементами других фаз.
Значения температуры, измеренные в одинаковых зонах покрышек трех фаз, не должны отличаться между собой более чем на 2^OС».

ПУНКТ 13.1

РД: «Элементы разрядника. Признаки исправного состояния вентильного разрядника с шунтирующими резисторами при тепловизионном контроле:

• верхние элементы в месте расположения шунтирующих резисторов нагреты одинаково во всех фазах;
• распределение температуры по элементам фазы разрядника практически одинаково (в пределах 0,5–5^OС в зависимости от количества элементов в разряднике), а для многоэлементных разрядников может наблюдаться плавное снижение температуры нагрева шунтирующих резисторов элементов, начиная с верхнего».

• верхние элементы в месте расположения шунтирующих резисторов нагреты одинаково во всех фазах;
• температуры наиболее нагретых точек соседних элементов одной фазы различаются не более чем на 0,5^OС.

Для определения вида дефекта сравниваются температуры нагрева соответствующих элементов с другими двумя фазами разрядника. Если элементы забракованной фазы нагреты сильнее соответствующих элементов других фаз разрядника, то элемент с меньшей температурой в дефектной фазе бракуется по признаку «закорачивание» искровых промежутков. Если наблюдается обратная картина, то элемент с меньшей температурой в дефектной фазе бракуется по признаку «обрыв» шунтирующего сопротивления.
При отсутствии дефектов вентильных разрядников по результатам тепловизионного контроля проведение испытаний элементов вентильного разрядника другими методами не является обязательным».

ПУНКТ 19

РД: «Тепловизионный контроль контактных соединений проводов ВЛ осуществляется с вертолета. <…>
19.2. Сварные контактные соединения проводов ВЛ и контактные соединения, выполненные обжатием. <…>»

1. Общий раздел (преамбулу) целесообразно дополнить следующими рекомендациями:
«При тепловизионном контроле ВЛ следует применять тепловизоры со спектральным диапазоном 7–14 .м, имеющие частоту кадров не менее 25 в секунду и обеспечивающие запись информации непосредственно на жесткий диск компьютера.
Рекомендуются следующие условия проведения контроля:

• нагрузка ВЛ должна быть не менее 60% от номинальной;
• прохладная пасмурная погода без осадков;
• расстояние до проводов ВЛ не более 50 метров;
• скорость полета не более 70 км/час;
• диапазон температур тепловизора настроен так, чтобы нижняя граница была на несколько градусов ниже температуры окружающей среды, а верхняя граница порядка 50^OC.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

• При использовании тепловизоров с чувствительностью на длинах волн 3–5 мкм для уменьшения помех обследование открытых распределительных устройств необходимо выполнять после окончания навигационных суток. При использовании тепловизоров с чувствительностью на длинах волн 7–14 мкм это требование является желательным.
• Тепловизионное обследование необходимо проводить при отсутствии осадков (дождь, снег, град), а также при отсутствии снега, изморози, влаги на контролируемых поверхностях.
• Сильный ветер способен существенно увеличивать теплоотдачу с
• поверхностей и нивелировать температурные аномалии. Обследование следует проводить при скорости ветра не более 3 м/с.
• Тепловизионое обследование ВЛ рекомендуется проводить в весенне-осенний период. При этом контрастность изображения контролируемого оборудования относительно земли будет выше».

ЛИТЕРАТУРА

1. РД 34.45-51.300-97. Объем и нормы испытаний электрооборудования / Под общей редакцией Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, Л.Г. Мамиконянца. – 6-е изд. – М.: ЭНАС, 1998.
2. Pirovano G., Tavano F., Rendina R., Fracchia A. Diagnostics of compression joints of conductors for HV overhead lines / 37th CIGRE Session. – Paris, 1998. – P. 22–206.
3. Ormin J., Bartsch J. Hotline inspection and control of joints / 37th CIGRE Session. – Paris, 1998. – P. 22–203.