Измерение температур нагрева и превышение температур.

(адрес электронной почты maximuss-s@mail.ru)

Практическая работа

Тема: Измерение температур нагрева и превышение температур.

Цель работы: изучение способов контроля температур нагрева оборудования.

При работе электрических машин, трансформаторов, аппаратов, проводов, кабелей и другого оборудования возникают потери энергии, превращающиеся в конечном счете в теплоту.

Теплота повышает температуру обмоток, активной стали, контактных соединений, конструктивных деталей и одновременно рассеивается в окружающую среду.

Нагревание оборудования ограничивает его мощность и является главной причиной старения изоляции.

Если температура выдерживается в пределах, соответствующих данному классу изоляции, то обеспечивается нормальный срок службы оборудования (15—20 лет). Форсированные режимы сокращают нормальные сроки, и, наоборот, систематические недогрузки приводят к недоиспользованию материалов: оборудование морально устаревает и возникает необходимость в его замене раньше, чем износится изоляция.

Таким образом, экономически нецелесообразны как слишком малые, так и большие (по сравнению с нормальными) сроки службы.

Тепловой контроль заключается в обеспечении дежурного персонала информацией о тепловом состоянии оборудования.

В зависимости от метода измерений контролируются местные и средние температуры и их превышения.

Превышение температуры - разность между измеренной температурой нагрева и температурой окружающего воздуха.

 По нагревостойкости, т.е. по способности выдерживать повышение температуры без повреждения и ухудшения изоляционных свойств, применяемые в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах изоляционные материалы согласно ГОСТ 8865—93 разделены на классы. Каждому классу изоляционных материалов соответствуют следующие значения предельной температуры:

Класс....... Y A E B F H С

Длительно допустимая

температура, °С . . . . 90 105 120 130 55 180 Свыше 180

Дя контроля нагрева электрооборудования применяют четыре метода измерений: 

• метод термометра,

• метод сопротивления,

• метод термопары

• метод инфракрасного излучения.

Контроль нагрева электрооборудования по методу термометра

Метод термометра применяют для измерения температуры доступных поверхностей. Используют ртутные, спиртовые и толуоловые стеклянные термометры, погружаемые в специальные гильзы, герметически встроенные в крышки и кожухи оборудования.

Ртутные термометры благодаря своей про­стоте, сравнительно высокой точности измерения, неслож­ности обращения и дешевизне имеют весьма большое распространение и применяются для измерения температур в пределах от -35 °С до +650 °С . В то же время применять их в условиях действия электромагнитных полей не рекомендуется ввиду высокой погрешности, вносимой дополнительным нагревом ртути вихревыми токами.

При необходимости передачи измерительного сигнала на расстояние нескольких метров (например, от теплообменника в крышке трансформатора до уровня 2...3 м от земли) используют термометры манометрического типа, например термосигнализаторы ТСМ-10.

До­стоинство манометрических приборов заключается в их вибрационной стойкости. Прибор имеет контактное устрой­ство, используемое для автоматического включения и от­ключения вентиляторов дутья и насосов циркуляции масла в системах охлаждающих устройств трансформаторов.

Т ермосистема прибора, заполненная рабочим веществом, состоит из термобаллона 1, погру­жаемого в измеряемую среду, манометрической трубчатой пружины 2, воздействующей посредством тяги 3 на указательную стрелку 4, и капилляра 5, соединяющего пружину с термобаллоном.

Термосигнализатор заполнен жидким метилом и его парами. При изменении измеряемой температуры изменяется давление паров хлористого метила, который передается стрелке прибора. Достоинство манометричес­ких приборов заключается в их вибрационной устойчивости. Эти термометры являются промышленными показы­вающими и самопишущими приборами, предназначенными для измерения температуры в диапазоне до 600 °С.

Температуру нагрева электрических машин чаще всего измеря­ют ртутным или спиртовым термометром. При этом показания тер­мометра будут меньше фактической температуры нагрева электро­технической установки.

Наиболее распространён другой способ — способ измерения ве­личины сопротивления обмотки. Среднее значение температуры оп­ределяется по возрастанию сопротивления обмотки в сравнении с сопротивлением при холодном состоянии машины (для медных про­водников).

Измерение температур с помощью терморезистора  

Для измерения температуры в отдельных точках синхронных компенсаторов (в пазах для измерения стали, между стержнями обмоток для измерения температуры обмоток и других точках) устанавливаются терморезисторы. Сопротивление резисторов зависит от температуры нагрева в точках измерения.

Такой терморезистор R4 включается в плечо моста, собранного из резисторов. В одну из диагоналей моста включается источник питания, в другую — измерительный прибор. Резисторы R1... R4 в плечах моста подбираются таким образом, что при номинальной температуре мост находится в равновесии и ток в цепи прибора отсутствует.

При отклонении температуры в любую сторону от номинальной изменяется сопротивление терморезистора R4, нарушается баланс моста и стрелка прибора отклоняется, показывая температуру измеряемой точки.

Установку термометров сопротивления в статор машины выполняют при ее изготовлении на заводе. Медные термометры сопротивления укладывают между стержнями обмотки и на дно паза.

Контроль нагрева электрооборудования по методу термопары

Термоэлектрические термометры (термопары) широко применяются в энергетических установках для измерения температуры перегретого пара, дымовых газов, металла труб котлоагрегатов и т. п. Положительными свойствами их являются:

• большой диапазон измерения,

• высокая чувствительность,

• незначительная инерционность,

• отсутствие постороннего источника тока

• и легкость осуществления дистанционной передачи показаний.

Термопара состоит из двух спаянных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами. 
Спаяный конец термопары называют рабочим спаем, который помещается в измеряемую среду, а свободные концы (холодные концы), подключаются к входу измерителей-регуляторов.

Если температура холодных концов и рабочего спая - различны, то на холодных концах возникает термоЭДС, которую прибор измеритель преобразует в доступный вид, например цифровой индикатор.

Если температура холодных концов и рабочего спая - одинаковы, то термоЭДС = 0, хотя температура окружающей среды может быть любой.

Т ермоэлектрические манометры (термопары).

Термопары присоединяют к измерительным приборам, которые предварительно градуируют. С помощью термопар измеряют температуры конструктивных элементов турбогенераторов, охлаждающего газа, активных частей, например активной стали статора.

Метод инфракрасного излучения положен в основу приборов, работающих с использованием фиксации инфракрасного излучения, испускаемого нагретыми поверхностями. В энергетике получили применение как тепловизоры, так и радиационные пирометры.

Тепловизоры обеспечивают возможность получения картины теплового поля исследуемого объекта и его температурного анализа.

Тепловизор Пирометр

С помощью радиационного пирометра определяется только температура объекта контроля.

Очень часто тепловизор используется совместно с пирометром. Вначале с помощью тепловизора выявляют объекты с повышенным нагревом, а затем, используя пирометр, определяют его температуру. Поэтому точность измерения температуры определяется прежде всего параметрами применяемого пирометра.

Этот нагрев контактных соединений трансформатора напряжения демонстрирует классический признак перегрева. 

Тепловизионный контроль оборудования распределительных устройств на напряжение до 35 кВ должен проводиться не реже 1 раза в 3 года, для оборудования напряжением 110... 220 кВ - не реже 1 раз в 2 года. Оборудование всех классов напряжений, эксплуатирующееся в зонах с высокой степенью загрязнения атмосферы должно проверяться ежегодно.

Порядок выполнения практической работы:

1. Изучить теоретические сведения по теме «Измерение температур нагрева и превышение температур».

2. Составить отчет по работе, ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы по теме:

1. С какой целью осуществляется тепловой контроль электрооборудования?

2. Какие методы теплового контроля вам известны?

3. Что такое термопара и для чего она служит?

4. В чем сходство и в чем отличие тепловизора от пирометра?

5. Что такое теплограмма?

Рекомендуемая литература:

1. Макаров Е.Ф. Обслуживание и ремонт электрооборудования электростанций и сетей. М. ИРПО: Издательский центр «Академия» 2003г.

2. Мандрыкин С.А., Филатов А.А. Эксплуатация и ремонт электрооборудования станций и сетей. Энергоатомиздат 1983.