Инфракрасная термография соединений трубопроводов: выявление горячих точек

Каждое соединение на воздушной линии — натяжной зажим, прожимная втулка в середине пролета, зажим с параллельными пазами, болтовой терминал, пробойник изоляции — в первую очередь представляет собой электрическое соединение, а уже во вторую — механическую сборку. Как только сопротивление контакта в соединении возрастает, оно начинает преобразовывать проходящий ток в тепло и продолжает делать это незаметно в течение месяцев. С земли ничего не видно. Линия работает под полной нагрузкой, зажим удерживает проводник, и о неисправности становится известно только тогда, когда отпаленный проводник или перегоревшая арматура отрываются.

Инфракрасная термография — это единственный стандартный метод, позволяющий выявить такие соединения до того, как они выйдут из строя, поскольку тепло является характерным признаком дефекта. Она не заменяет осмотр с ходу, описанный в проверка арматуры воздушных линий электропередачи, которая позволяет выявить коррозию, ослабленные крепежные элементы и трещины в корпусах; это дополнительная составляющая, позволяющая оценить состояние, которое невозможно увидеть невооруженным глазом. Далее рассказывается о том, как работает этот метод, о нагрузках и погодных условиях, определяющих целесообразность выезда для проведения сканирования, о настройке камеры, а также о том, как интерпретировать результаты без произвольного установления пороговых значений. Здесь не приводятся никакие предельные значения температуры или дельта-значений: они определены в процедуре тепловизионного обследования вашей энергетической компании и в применимом стандарте, и каждое из приведенных ниже суждений сформулировано таким образом, чтобы эти документы могли быть в них включены.

Что на самом деле говорит вам «крутое заведение»

Соединение проводит ток через небольшое количество реальных точек контакта «металл-металл», а не через всю кажущуюся границу раздела. Проведение тока происходит там, где поверхностные пленки прорываются под давлением контакта. Если давление ослабевает — вследствие ползучести болта, термоциклирования, образования продуктов коррозии на границе раздела, вытягивания жил проводника из компрессионной втулки — количество токопроводящих точек уменьшается, сопротивление возрастает, а потери в соединении растут пропорционально квадрату силы тока.

Тепло не может локально рассеиваться на проводнике, находящемся на открытом воздухе, поэтому оно распространяется по металлу и излучается наружу. Исправное соединение при том же токе часто оказывается немного холоднее, чем сам проводник, поскольку алюминиевые и медные фитинги, как правило, проводят ток лучше, чем многожильный проводник. Соединение, которое теплее, чем проводник с обеих сторон, уже свидетельствует о сопротивлении, в несколько раз превышающем его значение в состоянии после установки — тепло становится непропорционально высоким задолго до того, как это становится заметным. Именно поэтому тепловизионное сканирование является скорее инструментом для отслеживания тенденций, чем прибором для определения «прошел/не прошел»: ценность показаний заключается главным образом в том, как они меняются от обследования к обследованию и как они соотносятся с соседними участками.

Из этого вытекают два следствия для заказчиков и специалистов по планированию технического обслуживания. Во-первых, наиболее целесообразно проводить сканирование тех соединений, история монтажа которых вызывает наибольшие сомнения — соединения, скрепленные болтами или обжатые на месте в условиях сжатых сроков, а также любые фитинги, переделанные после повреждения проводника, подобного тому, о котором говорится в ремонтные муфты и заплатки для проводников. Во-вторых, «горячий» соединение не обязательно означает дефект оборудования. Возможно, это исправное соединение, установленное некорректно, и в этом случае для устранения не потребуется замена, а достаточно будет повторно затянуть, зажать или очистить соединение — и сканирование не поможет определить причину, пока кто-нибудь не поднимется наверх.

Как камера «видит» сочленение

Инфракрасная камера не измеряет температуру. Она измеряет излучение, исходящее от поверхности, и на его основе рассчитывает температуру, исходя из предположения, что поверхность излучает как тело с заданным коэффициентом излучаемости — настройкой излучаемости. Если эта настройка выбрана неверно, показание на экране будет нереальным, поскольку на этих длинах волн зависимость между излучением и температурой имеет крутой наклон.

Сложность при съемке воздушных линий заключается в том, что используемые металлы являются плохими излучателями. Новая блестящая оцинкованная сталь, голая медь и блестящий алюминий обладают низкой излучательной способностью, что приводит сразу к двум негативным последствиям: камера занижает их истинную температуру, а поверхность ведет себя как зеркало, отражая небо, землю и солнце на ваш детектор. Постаревшие, окисленные, анодированные, окрашенные или загрязнённые поверхности излучают тепло в гораздо большей степени в соответствии с настройками камеры, поэтому старые линии сканируются более достоверно, чем новые. В большинстве практических исследований эту проблему решают, полагаясь на относительные сравнения между схожими поверхностями под схожими углами, а не на абсолютные значения.

Расстояние и угол обзора дополняют картину. Шов в середине пролета, видимый снизу под крутым углом, представляет собой лишь небольшую часть своей реальной площади, и камера усредняет эту часть вместе с небом на заднем плане. С слишком большого расстояния шов занимает всего несколько пикселей, и отображаемая температура представляет собой смесь значений температуры шва, проводника и фона. При более близком расстоянии, при съемке под прямым углом и когда стык занимает значительный блок пикселей, показания становятся достоверными. Поэтому эффективное тепловизионное обследование планируется с учётом возможностей доступа — дорог под линией, положения ковшей, высоты сооружений — а не только на основе настроек камеры.

Факторы, определяющие целесообразность проведения сканирования

Термосканирование дает результаты только в том случае, если линия работает с достаточной нагрузкой, чтобы нагреть собственные дефекты. Нагрузка, ветер и солнце — вот три определяющих фактора, и обследование, проведенное в неподходящее время, приводит к появлению отчета, который выглядит безупречным, но на самом деле хуже, чем его отсутствие, поскольку в нем все соединения указаны как исправные.

Коммерческая суть этой таблицы заключается в следующем: тепловизионные обследования обходятся недорого по сравнению с ущербом, которому они помогают предотвратить, но только при наличии подходящих условий. Подрядчик, предлагающий ежегодное сканирование по фиксированной цене, не поинтересовавшись вашим профилем нагрузки, продает изображения, а не диагностику. Заказывая такую услугу, предоставьте данные о нагрузке за период сканирования — оператору они нужны для оценки степени серьезности, а вам — для записи этих данных, чтобы в следующем году сравнить показания при сопоставимой нагрузке.

Проведение сканирования: настройки, расстояние, угол

Практика проведения измерений на линии сводится к короткому контрольному списку. Перед использованием дайте камере нагреться до температуры окружающей среды на улице — камера, вынутая из теплого автомобиля, сначала показывает неверные результаты. Настройка коэффициента излучаемости осуществляется в соответствии с процедурой, предусмотренной применимым стандартом или практикой вашей энергетической компании; для оборудования линий электропередачи обычно используется единая настройка для старых металлических поверхностей, при этом новые блестящие поверхности помечаются как подозрительные. Фокусировка имеет большее значение, чем многие предполагают: на нефокусированном изображении излучение объекта и фона необратимо смешиваются.

Снимайте каждый стык под прямым углом, насколько это позволяет доступ, и с такого близкого расстояния, чтобы стык занимал цельный блок пикселей — затем отойдите и повторите съемку со следующего сооружения или с дороги, поскольку «горячая точка», появляющаяся и исчезающая в зависимости от угла обзора, обычно является отражением, а не дефектом. Снимайте стык вместе с участком проводника по обеим сторонам в одном кадре: проводник с каждой стороны служит эталоном, по которому будет оцениваться показание. Сохраняйте каждое изображение с указанием номера конструкции, фазы и времени; термограмма без указания местоположения бесполезна.

Некоторые соединения заслуживают приоритетного внимания на любом трассе. Завинченные тупиковые соединения, перемычки между фазами, точки отбора и любые элементы, расположенные вблизи клемм оборудования, подвергаются более интенсивной нагрузке, чем обычные точки подвески. Ответвленные соединения, выполненные с помощью соединителей с проколом изоляции, — подробно описаны в Ассортимент разъемов с проколом изоляции — представляют собой отводы с заданным режимом контакта, и именно их тепловые характеристики на протяжении многих лет и отслеживаются в ходе обследования. Изолированные отводы ABC, покрытые фитинги для воздушных кабельных пучков необходимо учитывать влияние оболочки: она задерживает и сглаживает тепло, исходящее от поверхности, поэтому дефекты проявляются не сразу, но всё же видны в виде тёплых пятен на фоне соседних оболочек.

Оценка того, что вы видите: сравнение с чем-либо

В линейных измерениях сосуществуют два метода, отвечающих на разные вопросы. Сравнительный метод задает вопрос: “Похож ли этот стык на соседние?” Абсолютный метод задаёт вопрос: “Какова температура этого шва и что означает это число?” Сравнительный метод является основным инструментом наземных измерений, поскольку он самокорректирующийся: всё, что вносит погрешность в одно измерение — излучательная способность, угол, солнце, расстояние — вносит такую же погрешность и в соседний шов, поэтому разница сохраняется.

На практике обследование проводится сравнительно в полевых условиях и абсолютно в офисе. Оператор отмечает всё, что выделяется на фоне соседних элементов; по возвращении в офис к отмеченным элементам присваиваются показания температуры, данные о нагрузке и классификация процедуры, в результате чего формируется ранжированный список ремонтов. Ни один из этих методов не позволяет преобразовать отдельное изображение в оценку оставшегося срока службы. Перегретый стык — это повод для более тщательного осмотра, а не обратный отсчёт времени.

Ложноположительные и ложноотрицательные результаты

Отражение — это основная причина ложных срабатываний. Небо и солнце, отражающиеся от яркой оцинкованной или новой алюминиевой поверхности, могут придать исправному соединению вид, будто оно сильно нагрелось, и этот эффект смещается по мере перемещения оператора — именно поэтому в контрольном списке предусмотрена повторная съемка под двумя углами. Второй причиной являются нагретые солнцем металлические детали: фитинг на солнечной стороне сооружения в конце дня может нагреваться сильнее, чем действительно дефектное соединение на затененной стороне, и различить их можно только при сканировании, когда солнце не нагревает поверхность. Третьим фактором является фон: стык, расположенный на фоне нагретого трансформатора, стены или освещённой солнцем земли, приобретает кажущуюся температуру, которая ему не присуща.

Ложноотрицательные результаты проявляются менее явно и обходятся дороже. Низкая нагрузка маскирует дефекты соединений, как ясно видно из таблицы условий. Ветер снижает контрастность настолько, что пограничное соединение переходит из категории “подозрительное” в категорию “в пределах нормы”. Кроме того, соединения с изоляцией или оболочкой реагируют с задержкой: тепло от изнашивающегося контакта должно пройти через изоляцию, прежде чем камера его зафиксирует, поэтому низкое показание в первый год на отводе с оболочкой является менее весомым доказательством, чем такое же показание на открытом болтовом соединении. Наиболее надёжной мерой предосторожности является сочетание тепловизионного обследования с визуальным осмотром в рамках проверки и с признаками неисправностей, описанными в Причины выхода из строя подвесного зажима и проверки на месте, поэтому механические данные могут подтвердить вывод о невысокой температуре.

Еще одна ловушка: не сравнивайте соединения при разных условиях нагрузки и не считайте разницу признаком износа. Две конструкции, отсканированные с интервалом в час на трассе, нагрузка на которой изменилась, не подлежат сравнению, и в объективном отчете указывается нагрузка на момент каждого снимка.

От «горячей точки» до заказа на выполнение работ

В случае обнаружения неисправности в соединении необходимо провести выезд на место, и способ устранения зависет от результатов осмотра. Если фитинг исправен, но контакт ослаб — что является наиболее распространённым случаем для болтовых соединений — устранение проблемы заключается в разборке, очистке контактных поверхностей, повторной сборке и затяжке с моментом, указанным в технических характеристиках фитинга, в соответствии с практикой, предусмотренной для данного фитинга в Руководство по установке натяжных зажимов или Руководство по установке подвесного зажима. Затягивание “до упора” без разборки — это как бросок монеты: продукты коррозии на границе раздела остаются на месте, и соединение в течение месяца не нагревается, а затем снова начинает нагреваться.

Если контактные поверхности обгорели, подверглись отжигу или значительной эрозии, либо сдвинулась компрессионная втулка, фитинг или втулка заменяются — а если сам проводник подвергся отжигу в результате длительной эксплуатации в условиях высоких температур, ремонт распространяется и на проводник, что требует принятия решения о замене проводника. Соединение, которое неоднократно перегревается после правильной доработки, указывает на проблему в более ранней части цепи: неправильный выбор фитинга для проводника, неправильная обжимная матрица или несоответствие проводника и фитинга, подобное тому, что указано в таблицах подбора в Сравнение типов натяжных зажимов существуют для профилактики. Каждое отремонтированное соединение вновь включается в список сканирования на следующие два цикла обследований: повторное сканирование проводится в первое окно высокой нагрузки после ремонта, а затем — в следующем цикле.

Для соединений со стороны кабеля применяется та же схема, но с использованием другого крепежа. Неисправности в местах подключения на стороне оборудования и панелей возникают в соответствии с методами обжима и монтажа клемм, принятыми в Руководство по обжимке кабельных наконечников, а если выступ нагревается у ствола, а не у ладони, это означает, что проблема, скорее всего, в обжимном соединении, а не в затворе. При установке новых фитингов также полезно проверить их посадку в входной контроль линейного оборудования, что позволяет выявить дефекты покрытия и нарушения размеров, которые впоследствии на термограмме маскируются под проблемы с монтажом.

Данные, которые позволяют снизить затраты на следующий опрос

Первое тепловизионное обследование линии позволяет получить исходные данные и практически ничего больше, поскольку нет ничего, с чем можно было бы сравнить результаты. Именно при втором обследовании этот метод начинает приносить пользу: неизменные стыки быстро исключаются, а изменившиеся выявляются на ранней стадии, благодаря чему полевой бригаде приходится обходить меньшее количество сооружений. Всё, что делает второе обследование сопоставимым, — это записи, сделанные во время первого: номер объекта, фаза, тип стыка, нагрузка на момент взрыва, положение камеры, погодные условия и само изображение. Хранение изображений по идентификаторам объектов — а не в фотоальбоме — превращает папку с термограммами в базу данных о состоянии активов.

Три правила позволяют обеспечить достоверность записей. Зафиксируйте положение камеры так, чтобы снимки, сделанные в разные годы, показывали один и тот же стык под одним и тем же углом. Фиксируйте условия нагрузки на каждом снимке, поскольку вывод о “отсутствии изменений” между двумя обследованиями при совершенно разных нагрузках не является выводом вообще. А когда стык отремонтирован, закройте цикл в той же же записи: что было обнаружено при осмотре, что было сделано и дата — чтобы при следующем обследовании было известно, что стык перед ним «молодой». Коммунальные предприятия, ведущие такую документацию, в конечном итоге планируют ремонты по приоритету, а не по удобству отключения, и эти же записи служат доказательной базой, когда оборудование линии подлежит пересмотру технических характеристик, и отдел закупок начинает запрос предложений примерно следующего содержания: Как указать комплектующие для воздушных линий электропередачи в запросе предложений.

Часто задаваемые вопросы

Как часто следует проводить термосканирование линии?

Устанавливайте интервал с учетом нагрузки на цепь и количества соединений. Критически важные фидеры, сильно нагруженные линии и цепи с историей отказов соединений требуют более короткого цикла; слабо нагруженные сельские ответвления могут эксплуатироваться дольше. Какой бы интервал вы ни выбрали, придерживайтесь его последовательно — сильная сторона этого метода заключается в сравнении данных из года в год, а это возможно только при условии регулярного проведения обследований. В качестве ориентира используйте интервал, предусмотренный вашей собственной политикой технического обслуживания или применимым стандартом.

Может ли тепловизионная камера обнаружить некачественное соединение на новой линии, которая только что была подключена к сети?

Только если линия несет значимую нагрузку и только с осторожностью. Новые фитинги блестят и отражают свет — это худшая поверхность для данного метода — и отсутствует базовый уровень для сравнения. Все же стоит провести первое сканирование через несколько недель работы при полной нагрузке, поскольку систематическое недозатягивание проявляется в виде равномерно нагретых соединений, но окончательной ранней проверкой новых фитингов является визуальный осмотр и проверка размеров при вводе в эксплуатацию, а не данные камеры.

Нужна ли мне дорогая камера с охлаждением для съемки на линии?

Камера имеет меньшее значение, чем сама процедура. Ухоженный, откалиброванный прибор класса, соответствующего требованиям вашей процедуры, используемый на разумном расстоянии с соблюдением надлежащей техники, позволит обнаружить горячие точки в линейных соединениях; более качественный детектор в основном обеспечивает большее рабочее расстояние и более высокое разрешение. Калибровка важнее, чем высокое качество — прибор с действующим сертификатом калибровки превосходит даже самый совершенный детектор, если им пользоваться небрежно. Соблюдайте требования вашей коммунальной службы к приборам для того класса обследования, который вы проводите.

В ходе сканирования был обнаружен «теплый» стык, но экипаж утверждает, что он всегда так выглядел. Что теперь?

Проверьте архивные данные. Если на снимке прошлого года, сделанном с той же позиции при аналогичной нагрузке, видна такая же тепловая активность, соединение считается стабильным и попадает в список объектов, требующих наблюдения, а не в список объектов, требующих ремонта. Если предыдущего снимка нет или условия нагрузки отличаются, проведите повторное сканирование в спокойный день с высокой нагрузкой, прежде чем тратить время на восхождение. Фраза “Так выглядело всегда” без снимка — это всего лишь догадка, а суть данного метода заключается в том, чтобы заменить догадки сопоставимыми доказательствами.

Сканируются ли изолированные и закрытые соединения так же, как и открытые?

Одинаковый способ сканирования, но разные выводы. Покрытие или изоляция задерживают и распределяют тепло, поступающее к поверхности, поэтому показания по покрытому соединению будут ниже и появятся позже, чем по непокрытому соединению с таким же внутренним дефектом. Сравните покрытые стыки с соседними покрытыми стыками на том же участке и уделяйте им больше внимания при визуальном и физическом осмотре — изменение цвета, следы прохождения тока и деформация покрытия часто содержат доказательства, которые термограмма не отражает в полной мере.

Если вы планируете провести программу тепловизионного обследования и предполагаете, что по его итогам потребуется замена фитингов, уточните их спецификации до того, как будет сформирован перечень ремонтных работ: типы соединений на вашей линии определяют, что именно вам нужно заказать, а поставщик, способный соотнести каждое отмеченное место с фитингом, соответствующим требуемому диапазону проводников и классу прочности, превратит стопку термограмм в краткую процедуру закупки. При отправке запроса через натяжной зажим или подвесной зажим страниц, и спецификация возвращается с проверкой на соответствие вашей фактической строке.