Рассматривается применение тепловизоров и анализаторов качества электроэнергии компании Fluke для диагностики потерь тепла в электронных устройствах. Отмечено, что применение этих приборов позволяет выполнять комплексный анализ проблем с качеством электроэнергии в различных системах.
Рассматривается применение тепловизоров и анализаторов качества электроэнергии компании Fluke для диагностики потерь тепла в электронных устройствах. Отмечено, что применение этих приборов позволяет выполнять комплексный анализ проблем с качеством электроэнергии в различных системах.
При работе электрических компонентов на них выделяется определенное количество тепла за счет протекающего тока. Тепловизоры используются для выявления аномального нагрева путем сравнения тепловых изображений, полученных для эталонных и тестируемых компонентов, которые находятся в одинаковых условиях.
Температура, отличная от эталонного варианта, может быть обусловлена повышенным сопротивлением либо протеканием большого тока. Каждой из указанных причин соответствует характерное тепловое изображение, которое может быть обнаружено с помощью тепловизора. Такие изображения бывают двух типов, соответствующих локальному и однородному нагреву (рис.1).
Локальный нагрев чаще всего связан с дефектами электрических компонентов. Подобные дефекты изучаются на протяжении длительного времени и подробно рассмотрены в пособиях и нормативных документах [1, 2, 3].
Однородный нагрев может быть связан с качеством электроэнергии. Он бывает обусловлен такими проблемами как несимметрия, наличие гармоник и реактивной мощности. Тепловизоры позволяют выявить данные проблемы, однако для точного определения причин нагрева требуется использовать анализаторы качества электроэнергии.
Рассмотрим подробнее вышеуказанные причины аномального тепловыделения.
Несимметрия в электрической системе. Несимметрия в трехфазных электрических системах может проявляться в виде разницы амплитуд напряжений или токов, соответствующих различным фазам, либо сдвига фаз между этими напряжениями или токами. Несимметрия способствует дополнительному выделению тепла в электромеханическом оборудовании.
Можно привести простой пример увеличения потерь за счет несимметрии. Рассмотрим две системы: идеально симметричную, в которой одинаковые нагрузки подключены ко всем фазам, и несимметричную, в которой те же нагрузки подключены к одной фазе (рис.2). Для первой системы получаем симметричные значения напряжений и токов, для второй – несимметрию токов. Несложные расчеты показывают, что потери в несимметричной системе в шесть раз выше, чем в симметричной.
В электродвигателях несимметрия проявляется в виде повышенного нагрева обмоток (рис.3).
Гармоники. Источником гармоник в электрических системах являются прежде всего нелинейные нагрузки, например, частотно-регулируемые приводы и энергосберегающие лампы со встроенным преобразователем. Такие устройства обычно потребляют мощность в импульсном режиме (рис.4).
Появление гармоник тока приводит к росту потерь в электрических системах вследствие увеличения нагрева. Токи гармоник, кратных трем, суммируются на нейтрали и приводят к ее нагреву. Токи с частотой, отличающейся от основной в n раз, приводят к нагреву в n 2 раз больше, чем ток основной частоты, за счет скин-эффекта.
Изображения с тепловизоров указывают на наличие аномального тепловыделения, которое необходимо исследовать с помощью анализаторов качества электроэнергии. Для анализа потерь тепла, связанных с качеством электроэнергии, используется теория объединенной мощности, разработанная профессорами В.Леоном (V.Leon) и Дж.Монтананой (J.Montanana) из Технического университета Валенсии, Испания [4]. Данная теория дает возможность связать параметры качества электроэнергии с потерями энергии в электрических системах. На теории объединенной мощности основана функция калькулятора потерь энергии, реализованная в анализаторах качества электроэнергии серии Fluke 430 II.
Калькулятор дает информацию о ряде параметров (рис.5): полезной (Effective) и реактивной (Reactive) мощности; потерях мощности из-за нарушения баланса (Unbalance) и гармоник (Distortion); токе в нейтрали (Neutral); общей стоимости нерационально использованных киловатт-часов в год (Total) и др. На основе этой информации можно определять энергоэффективность электрической системы, а также обосновывать использование и оценивать окупаемость средств коррекции параметров качества электроэнергии.
Таким образом, совместное применение тепловизоров и анализаторов качества электроэнергии позволяет выполнять комплексный анализ проблем с качеством электроэнергии в различных системах.
Литература
1.Бажанов С.А. Инфракрасная диагностика электрооборудования распределительных устройств. – М.: НТФ "Энергопрогресс", 2000. 76 с. 2.Гобрей Р., Чернов В., Удод Е. Диагностирование электрооборудования 0,4–750 кВ средствами инфракрасной техники. – К.: КВІЦ, 2007. 374 c. 3.РД 34.45-51.300-97. Объем и нормы испытаний электрооборудования. 4.León-Martínez V., Montañana-Romeu J., Giner-García J., Cazorla-Navarro A., Roger-Folch J. Power Quality Effects on the Measurement of ReactivePower in Three-Phase Power Systems in the Light of the IEEE Standard1459–2000. – Proceedings of EPQU 2007, ISBN 978–84–690–9441–9, Barcelona, October, 2007.