Родіонов В. І.
Тепловий неруйнівний метод контролю (інфрачервоний контроль), який здійснюється за допомогою високочутливих портативних тепловізорів, дозволяє при мінімальних фінансових витратах, у стислий термін, без виведення обладнання з роботи перевіряти надійність контрольованого об'єкта, виявляти дефекти на ранній стадії їх розвитку, скорочувати витрати на технічне обслуговування за рахунок прогнозування строків та обсягу ремонтних робіт.
Інфрачервоний контроль здійснюється за міжнародними правилами висококваліфікованими спеціалістами з використанням тепловізорів провідних європейських фірм.
На вітчизняному ринку в даний час представлені три основні типи тепловізорів: оптико-механічні, тепловізори на піровидиконі, а також тепловізори, виготовлені за технологією FPA (матриця у фокальній площині).
Тепловізори першого типу включають електронно-механічну слідкувальну систему для горизонтального і вертикального сканування, дзеркальце, що обертається еталон температури (чорне тіло, що спостерігається детектором 60 разів в 1 с). Приймачем теплового випромінювання може служити детектор з телуриду ртуті/кадмію HgCdTe, або InSb, укладений в безповітряний охолоджуваний металевий дьюар, з метою найбільшої теплової чутливості. Охолодження детектора здійснюється одним із наступних способів: рідким азотом, термоелектричним методом та за циклом Стірлінга.
У тепловізорах другого типу як приймач теплового випромінювання використовується піровидиконовая трубка (відікон). Підтримка стабільної температури мішені піровидикону досягається з використанням термостата (підігрів в холодну пору за допомогою потужних резисторів, розташованих поблизу мішені, та охолодження вбудованим електровентилятором). Для отримання стабільної (нерозмитої) тепловізійної картини на екрані СКУ необхідно робити легке похитування камери (сканування). У дорожчих моделях для цієї мети встановлюють переривник (аптюратор).
Тепловізори третього типу, виготовлені за технологією FPA (матриця у фокальній площині), мають платиносіліцидний (PtSi) детектор із матрицею у фокальній площині. Матриця вмонтована у мініатюрний дьюар-холодильник. Технологія FPA не вимагає жодних механічних сканерів або переривників, як у тепловізорів перших двох типів. Натомість використовується мозаїка з 65 356 окремих платиносіліцидних детекторів, що становлять матрицю з 256 х 256 елементів. Кожен елемент з'являється як точка або як елемент роздільної здатності на кожному кадрі зі швидкістю 60 (50) разів на 1 с, тоді як оптико-механічні тепловізори, в яких один детекторний елемент або маленька детекторна матриця, сканують з великою швидкістю все зображення (скорочуючи до дуже короткого періоду час експозиції для кожного детектора).
Кожен елемент FPA безперервно “вглядається” в об'єкт, отримуючи більшу кількість інфрачервоних фотонів, що забезпечує дуже високу теплову чутливість.
PtSi-детектор працює як фотодіод, тобто. при попаданні інфрачервоного світла відповідної хвилі на кожен індивідуальний детектор останній змінює свій опір пропорційно струму зсуву, що подається на нього, збільшуючи цей струм. Значення струму пропорційне кількості енергії інфрачервоного світла, що падає на детектор.
Тепловізори “ThermaCam” та “AGEMA Termovision” відносяться до третьої групи. Ці тепловізори, а також оптико-механічні, як правило, мають функцію вимірювання температури, сучасні засоби обробки термозображень та дозволяють виконувати весь комплекс завдань із тепловізійної діагностики в енергетиці. Вітчизняні тепловізори на основі матриці у фокальній площині досі не створені. Серед вітчизняних оптико-механічних тепловізорів можна виділити вже застосовуваний у деяких енергосистемах “Irtis-200”. Ця модель є скануючою системою, в якій детектор залежно від конкретного замовлення може охолоджуватися рідким азотом або термоелектричним методом.
Для візуалізації зображень використовується звичайний переносний комп'ютер типу “Notebook”. Як елементи живлення – звичайні побутові акумулятори для відеокамер. Прилад має високу чутливість, стабільність зображення та досить високу просторову роздільну здатність (менше 2 мрад). Однак використання портативного комп'ютера не дозволяє застосовувати тепловізор за низьких температур. Кадр формується за 1,6 з, що значно збільшує час тепловизионного обстеження. Для порівняння вкажемо, що моделі з матрицею у фокальній площині формують близько 50 кадрів в 1 с і дозволяють оператору вести безперервну зйомку об'єктів та швидко фіксувати та запам'ятовувати потрібні зображення. Оператори сучасних тепловізійних скануючих та матричних систем мають можливість вибирати під час обстеження режими роботи пристрою візуалізації відеозображення: чорно-білий або кольоровий.
Порівняно недавно на вітчизняному ринку з'явилася інфрачервона довгохвильова матрична камера TH-7102, що охолоджується, розроблена і створена NEC San-ei, - результат більш ніж 30-річного досвіду виробництва тепловізорів для промислового використання.
На сьогоднішній день це одна з найкомпактніших тепловізійних систем. Її маса разом із акумулятором не перевищує 1,69 кг. Вона легко поміщається в долоні руки, легка в управлінні. Інфрачервона камера TH-7102 поєднує в собі сучасні досягнення в галузі створення інфрачервоних приладів із простотою використання та надійністю системи в цілому.
Динамічний діапазон записаного зображення в 14 біт дозволяє оператору не втрачати інформацію при неправильному або неякісному налаштуванні зображення під час запису. Під час подальшої обробки зображення усі об'єкти температурного діапазону будуть виведені на екран. Є відеовихід для запису відеомагнітофон, демонстрації зображень на зовнішньому моніторі. Додатковий знімний п'ятидюймовий рідкокристалічний монітор з панеллю дистанційного керування камерою дозволяє керувати роботою тепловізора та забезпечує чудову якість зображення. В умовах інтенсивної освітленості або за негативної температури навколишнього середовища зображення контролюється через вбудований кольоровий видошукач.
Сучасне програмне забезпечення згаданих тепловізорів дозволяє позначати місця дефектів за допомогою спеціальних ефектів, вказувати температуру в кількох точках, будувати температурні профілі, проводити обчислення середньої, максимальної та мінімальної температури по області, складати підсумовування, віднімання та композицію зображень.
З тепловізорів на піровидиконі (до цієї групи відносяться і на вітчизняному ринку пропонуються вітчизняні “Піровідікон-2”, “Піровідікон-3”), використовуються “Талісман” та ISI вг.(США) VideoTerm-91, -94,-95, -96.
В останнє десятиліття в результаті практичної роботи низки організацій (у тому числі і ВАТ “Фірма ОРЕРЕС”) було визначено коло технічних завдань, які вирішуються за допомогою тепловізійного методу.
Технічні можливості застосування приладів інфрачервоної техніки для діагностики електротехнічного обладнання електростанцій та мереж:
генератори: випробування на нагрівання сталі статора, контроль якості пайок обмоток, оцінка стану щіткового апарату, порушення роботи систем охолодження статорів, контроль температури окремих елементів системи збудження; силові трансформатори: осередки виникнення магнітних полів розсіювання, виявлення перегріву на поверхні бака трансформатора, визначення ефективності роботи системи охолодження, дефекти вводів, дефекти контактних з'єднань;
комутаційна апаратура: перегрів контактів струмопровідних шин, робочих та дугогасних камер, стан внутрішньобакової ізоляції, дефекти вводів, тріщини опорно-стрижневих ізоляторів;
маслонаповнені трансформатори струму: перегріви зовнішніх та внутрішніх контактних з'єднань, погіршення стану внутрішньої ізоляції обмоток;
вентильні розрядники та обмежувачі перенапруг: порушення герметичності елементів, обрив шунтуючих опорів, неправильна комплектація елементів;
конденсатори: пробій секцій елементів;
лінійні високочастотні загороджувачі, КРУ, КРУН, струмопроводи, повітряні лінії електропередач: перегріви контактних з'єднань;
кабелі: виявлення перегрівів силових кабелів, оцінка пожежонебезпечності кабельного господарства за методикою РД 153-34.0-20.363-99 (Основні положення методики інфрачервоної діагностики електрообладнання та ПЛ).
Технічні можливості застосування приладів інфрачервоної техніки для діагностики котлотурбінного обладнання електростанцій:
котли: порушення внутрішнього футерування котла, діагностика стану поверхонь нагріву; трубопроводи та паропроводи: діагностика стану теплової ізоляції;
газоходи: порушення герметизації, присоси холодного повітря;
паливоподача: виявлення вогнищ самозаймання вугільного пилу в бункерах та вугілля в штабелях на складі;
димові труби: виявлення порушень футерування труби.
Щоб вирішувати всі перелічені завдання в повному обсязі, тепловізійна система повинна мати високу просторову і температурну роздільну здатність, високу швидкодію, здатність працювати при негативній температурі, дозволяти встановлювати різні температурні рівні та діапазони, використовувати змінну оптику, запам'ятовувати інформацію про температуру в кожній точці. термограми, мають сучасне програмне забезпечення. Цим вимогам повною мірою задовольняє продукція провідних зарубіжних фірм - виробників тепловізійних скануючих систем та тепловізорів на основі матриці у фокальній площині. В даний час провідні фірми-виробники випускають в основному тепловізори на основі матриці у фокальній площині, а також з матрицею, що не охолоджується, які приходять на зміну морально застарілим скануючим системам. “Матричні” тепловізори компактні, менш енергоємні, в них відсутні рухомі частини, що збільшує їхню надійність.
Оптико-механічні та “матричні” тепловізори мають високі технічні показники та забезпечують високу якість проведення діагностичних робіт. Однак деякі з них мають обмежену сферу застосування:
використання як відеоконтрольного пристрою рідкокристалічного дисплея або переносного комп'ютера унеможливлює застосування тепловізора при негативній температурі (це необхідно, наприклад, при діагностиці конструкцій, що захищають будівель). Однак за наявності рідкого кристалічного дисплея, що обігрівається, ця проблема розв'язується;
деякі тепловізійні системи (наприклад, “Irtis -200”) формують зображення більше 1 с. Це унеможливлює реєстрацію швидких процесів, а також тепловізійну зйомку з борту вертольота і збільшує час обстеження електрообладнання (необхідне застосування штатива);
багато тепловізійних систем використовують інфрачервоні детектори, що працюють в короткохвильовому (3-5 мкм) діапазоні. В той же час “Обсяг та норми випробувань електрообладнання” рекомендують застосування довгохвильових (8-12 мкм) тепловізорів, оскільки вони обробляють значно більший відсоток власного інфрачервоного випромінювання об'єктів, що обстежуються;
сучасні багатофункціональні тепловізори мають високу вартість (близько 35 - 70 тис. дол.). Це основний фактор, що перешкоджає їхньому поширенню.
Тепловізійні камери на піровидиконі можуть застосовуватися при нескладних видах тепловізійного обстеження. Технічні характеристики таких тепловізорів дозволяють виявляти дефектні зовнішні контакти та контактні з'єднання, опорні ізолятори, проводити обстеження теплової ізоляції парових котлів та паропроводів та деякі інші види діагностики. Такі тепловізори мають відносно невисоку вартість (5-20 тис. дол.) і цілком могли б зайняти нішу діагностичних інструментів для місцевих енергопідприємств.