Фізичні основи та передумови застосування інфрачервоної техніки для діагностування електрообладнання, контактів та контактних з'єднань.
Частини будь-якого електроустаткування, що знаходиться під напругою та/або навантаженням, в тій чи іншій мірі нагріваються під їх впливом:
- токоведучі частини електроустаткування ( провідники) та контактних з'єднань (контактів) - Джоулевими втратами;
- частини електрообладнання, виконані з феромагнітних матеріалів - втратами на перемагнічування та вихровими струмами;
- частини електрообладнання, виконані з ізоляційних матеріалів - діелектричними втратами в ізоляції.
Сукупність нагрітих струмопровідних частин, контактних з'єднань (контактів), ізоляційних, феромагнітних матеріалів та конструктивних елементів електроустановки або її частини формує температурне поле. Енергія цього поля частково відводиться в навколишнє середовище шляхом теплопровідності та конвекції, а частина, що залишилася, викликає зміну теплового стану електроустановки або її частини і випромінюється в навколишній простір поверхнею електрообладнання або контактних з'єднань (контактів) у вигляді інфрачервоного випромінювання. Вид (конфігурація) та параметри цього температурного поля можуть бути діагностичними параметрами (ознаками) справності або несправності електрообладнання та контактних з'єднань (контактів): при появі несправності або ненормальної роботи, конфігурація параметри температурного поля поверхні змінюються, в температурному полі з'являються теплові аномалії. Порівнюючи конфігурацію та параметри температурного поля справного та діагностованого електрообладнання або контактних з'єднань (контактів), ці теплові аномалії можна зафіксувати і, таким чином, виявити та локалізувати дефект. Крім того, при діагностуванні контактних з'єднань (контактів), можна виміряти його температурні параметри та зіставивши їх із нормованими значеннями, зробити висновок про його ступінь дефектності.
Інфрачервоне випромінювання — це електромагнітне випромінювання, що характеризується довжинами хвиль у діапазоні від 0,78 мкм до 1 мм. Діапазони довжин хвиль інфрачервоного випромінювання у спектрі існуючих електромагнітних хвиль показано на рис. 1.
Для цілей технічного діагностування інфрачервоною технікою використовуються дві ділянки цього діапазону — короткохвильова (2—6 мкм) і довгохвильова (8— 12 мкм), у межах цих ділянок атмосфера найбільша "прозора" для інфрачервоного випромінювання.
Мал. 1. Спектр електромагнітних хвиль та місце у ньому ІЧ випромінювання
Для технічної діагностики засобами інфрачервоної техніки електрообладнання та контактних з'єднань (контактів), застосовується інфрачервона термографія. Вона використовує як діагностичний параметр температурне поле об'єктів і пов'язаний з ним процес променистого теплообміну між поверхнею об'єкта, навколишнім середовищем і технічним засобом діагностики шляхом уловлювання, вимірювання та аналізу ІЧ випромінювання, що несе інформацію про конфігурацію та кількісні параметри цього температурного поля.
як технічні засоби інфрачервоної термографії, для візуалізації та кількісного аналізу температурних полів електрообладнання та контактних з'єднань (контактів), використовуються тепловізори (тепловізійні/термографічні системи). Для вимірювань температур в окремих точках цих полів застосовуються радіаційні пірометри, що дозволяють лише вимірювати температури окремих точок поверхні об'єкта.
У загальному випадку, в об'єктив тепловізора або пірометра потрапляє потік інфрачервоного випромінювання, що складається з суми таких складових:
- власного інфрачервоного випромінювання контрольованого об'єкта, величина якого залежить від температури поверхні об'єкта, коефіцієнта випромінювання поверхні (іноді його називають ступенем "чорноти" в інфрачервоній області спектру) та коефіцієнта пропускання атмосфери, при цьому величина потоку власного випромінювання пов'язана з температурою поверхні об'єкта законом Стефана-Больцмана;
- відбитого від поверхні контрольованого об'єкта інфрачервоного випромінювання, обумовленого падінням на неї інфрачервоного випромінювання від інших об'єктів, що оточують контрольований об'єкт, сонячного випромінювання та інших джерел тепла. Величина відбитого інфрачервоного випромінювання залежить від температури "заважають" об'єктів, коефіцієнта відображення поверхні контрольованого об'єкта, взаємного розташування інфрачервоної камери, контрольованого об'єкта та "заважають" об'єктів, коефіцієнта пропускання атмосфери та ряду інших факторів;
- що пройшов через контрольований об'єкт інфрачервоного випромінювання, обумовленого його "прозорістю" для інфрачервоного випромінювання від "заважають" об'єктів.
З трьох вищезгаданих складових лише перша несе інформацію про температурне поле поверхні контрольованого об'єкта і є корисною для тепловізійної діагностики, дві останні є "паразитними" (при обстеженні електрообладнання та контактних з'єднань (контактів) третьої складової можна знехтувати, тому що коефіцієнт пропускання ІЧ випромінювання для них практично дорівнює нулю).